DE10257549B3 - Controllable pneumatic valve incorporated in automobile seat, has setting element provided by parallel sliders coupled via wire sections of shape memory alloy - Google Patents

Controllable pneumatic valve incorporated in automobile seat, has setting element provided by parallel sliders coupled via wire sections of shape memory alloy Download PDF

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Abstract

The valve (2) has a setting element (6), used for displacement of a blocking element (4) relative to a valve seat (28), in opposition to a spring bias and provided by a stack of parallel sliders, the outermost slider being fixed and each of the others displaced along its longitudinal axis, with a wire section of a shape memory alloy between each 2 successive sliders, the final slider coupled to the blocking element at one end.

Description

Die Erfindung betrifft ein steuerbares Ventil, insbesondere ein Pneumatikventil in einem Fahrzeugsitz. Solche Ventile werden zur Bereitstellung und Steuerung von Komfort- und Sicherheitsmerkmalen in Sitzen von Kraftfahrzeugen eingesetzt und enthalten im allgemeinen einen eine Ventilbohrung umgrenzenden Ventilsitz und ein Absperrelement, das im geschlossenen Zustand des Ventils am Ventilsitz dichtend anliegt. Zur Öffnung des Ventils wird das Absperrelement vom Ventilsitz weg bewegt und gibt so den Weg frei, dass ein Medium, z.B. Luft bei einem Pneumatikventil, durch die Ventilbohrung strömen kann.The invention relates to a controllable Valve, in particular a pneumatic valve in a vehicle seat. Such valves are used to provide and control comfort and safety features used in motor vehicle seats and generally include a valve bore defining Valve seat and a shut-off element that when closed of the valve lies tightly against the valve seat. This will open the valve Shut-off element moves away from the valve seat and thus clears the way that a medium, e.g. Air in a pneumatic valve through which Flow valve bore can.

In steuerbaren Ventilen wird als Stellglied in einem Stellelement oft ein Elektromagnet verwendet. Dieser bewegt das Absperrelement zwischen zwei Endstellungen, nämlich der dichtend am Ventilsitz anliegenden Position „Zu" und der den Ventilsitz bzw. die Ventilbohrung vollständig freigebenden Position „Auf" hin und her. Die Stellung „Zu" erlaubt keinen Volumenstrom durch das Ventil, die Stellung „Auf" den maximalen Volumenstrom. Eine Zwischenstellung, wie z.B. „30%" Volumenstrom" ist mit einem von einem Elektromagneten gesteuerten Ventil nicht realisierbar, da der Elektromagnet selbst nur zwischen zwei mechanischen Endpositionen hin und her schalten kann. Deshalb ist mit diesen Ventilen eine Volumenstromsteuerung nicht möglich.In controllable valves is used as Actuator in an actuator often uses an electromagnet. This moves the shut-off element between two end positions, namely the sealing position on the valve seat and the valve seat or valve bore Completely releasing position "up" back and forth. The "Closed" position does not allow volume flow through the valve, the "open" position the maximum volume flow. An intermediate position, such as e.g. "30%" volume flow "is with one of an electromagnet controlled valve not realizable because the electromagnet itself only between two mechanical end positions can switch back and forth. That's why with these valves Volume flow control not possible.

Elektromagnete verursachen außerdem beim Wechsel zwischen ihren Endstellungen Anschlaggeräusche, die z.B. im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs als störend empfunden werden. Weiterhin verursachen sie im steuernden Stromkreis durch die in ihnen enthaltenen elektrischen Spulen Spannungsspitzen oder andere teils unerwünschte Nebeneffekte wegen ihres induktiven elektrischen Charakters.Electromagnets also cause the Change between their end positions in the passenger compartment of a motor vehicle as annoying be felt. Furthermore, they cause in the controlling circuit the electrical coils contained in them are voltage peaks or other sometimes undesirable side effects because of their inductive electrical character.

Als Alternative zu Elektromagneten finden elektrische Motoren in steuerbaren Ventilen Verwendung. Der Nachteil beim Einsatz eines sich drehenden Motors ist, dass teils aufwendige Mechanik, z.B. Getriebe und Zahnstangen, notwendig sind, um die Drehbewegung des Motors in eine Linearbewegung zur Verschiebung des Absperrelements umzusetzen. Elektrische Motoren verursachen außerdem wie Elektromagnete störende Geräusche und Vibrationen. Eine Verwendung von Linearmotoren hingegen bietet zwar den Vorteil einer möglichen direkten Ansteuerung des Dichtelements, jedoch sind die Kosten für einen Linearmotor für viele Ventilanwendungen, vor allem in der Massenfertigung, zu hoch.As an alternative to electromagnets electric motors are used in controllable valves. The The disadvantage of using a rotating motor is that some complex mechanics, e.g. Gears and racks, are necessary around the rotary motion of the motor in a linear motion for displacement of the shut-off element. Cause electric motors Moreover like electromagnets disruptive Sounds and vibrations. The use of linear motors, however, offers the advantage of a possible one direct control of the sealing element, however, the cost is one Linear motor for many valve applications, especially in mass production, too high.

Das Gewicht eines Ventils, das einen Elektromagneten oder Elektromotor enthält, ist wegen des Gewichts der Spulenwicklungen bzw. des Ankers im Motor bzw. Elektromagneten hoch.The weight of a valve, the one Containing electromagnets or electric motors is because of the weight the coil windings or the armature in the motor or electromagnet high.

Zwischenstellungen zwischen „Auf" und „Zu" bei Ventilen sind durch die Verwendung von Schrittmotoren möglich. Das Gewicht dieser Motoren ist im Vergleich zu anderen Motoren meist noch größer. Die Ansteuerung eines derartigen Motors ist nur mit erhöhtem schaltungstechnischen Aufwand möglich, was sich wiederum in höheren Kosten für das gesamte Ventil niederschlägt.There are intermediate positions between "Open" and "Closed" for valves possible by using stepper motors. The weight of these engines is usually even larger compared to other engines. The control Such a motor is only with increased circuitry Effort possible what turn in higher ones costs for the entire valve precipitates.

Die Ansteuerung von Ventilen mit Piezo-Keramik setzt meist ein kompliziertes und teueres Herstellungsverfahren voraus. Piezo-Elemente sind außerdem je nach Aufbau anfällig gegen äußere Belastungen wie Vibration, Stoß oder Druck auf das Ventilgehäuse. Zur Ansteuerung ist Hochspannung im Bereich über 100V notwendig, wodurch der Einsatz von Piezo-Elementen in vielen Anwendungen schon aus Sicherheitsgründen ausscheidet. Die Aktuatorkräfte eines Piezostellelements sind gering, wenn nicht großes Bauvolumen und Gewicht in Kauf genommen werden.The control of valves with Piezo ceramics usually involve a complicated and expensive manufacturing process ahead. Piezo elements are also depending on the structure vulnerable against external loads like vibration, shock or Pressure on the valve body. High voltage in the range above 100V is necessary for control, which means the use of piezo elements in many applications is already ruled out for safety reasons. The actuator forces of one Piezo actuators are small, if not large, in terms of volume and weight to be accepted.

Aus der DE 199 63 499 A1 ist eine Ventilanordnung bekannt, bei der ein Ventilkörper über ein Formgedächtniselement betätigbar ist. Die Baulänge einer derartigen Anordnung ist jedoch verhältnismäßig groß, da ein Formgedächtniselement nur etwa eine Stellweg von 5% seiner Gesamtlänge hat. Eine Ausführung als Proportionalventil erfordert die Hintereinanderschaltung mehrere Formgedächtniselemente aus verschiedenen Materialien und/oder Geometrien.From the DE 199 63 499 A1 a valve arrangement is known in which a valve body can be actuated via a shape memory element. The overall length of such an arrangement is, however, relatively large, since a shape memory element has only about 5% of its total length. A design as a proportional valve requires the series connection of several shape memory elements made of different materials and / or geometries.

Die DE 197 38 296 A1 offenbart einen Mechanismus zur Erzeugung von Stellbewegungen, der ebenfalls ein Formgedächtniselement beinhaltet. Hier wird durch ein zusätzliches, vom Formgedächtniselement bedientes Sprungwerk ein schnelles und definiertes Schaltverhalten, sowie definierte Schaltzustände des Mechanismus erreicht und die allmähliche Formänderung des Formgedächtniselements umgesetzt.The DE 197 38 296 A1 discloses a mechanism for generating positioning movements, which also includes a shape memory element. Fast and defined switching behavior and defined switching states of the mechanism are achieved here by means of an additional spring mechanism operated by the shape memory element, and the gradual change in shape of the shape memory element is implemented.

Die DE 43 22 731 A1 offenbart ein Ventil zur Regelung von Fluidströmen mit einem Stellorgan aus elektrisch heizbarem, gestaltserinnernden Werkstoff. Neben der externen Heizung des Stellorgans wird hierbei durch den Fluidstrom selbst in Zusammenwirkung mit dem Stellorgan das Temperaturverhalten des Werkstoffes ausgenutzt, um eine Regelfunktion zu realisieren. Das offenbarte Ventil ist wegen seiner integrierten Regelfunktion aufwendig ausgeführt.The DE 43 22 731 A1 discloses a valve for regulating fluid flows with an actuator made of electrically heatable, shape-remembering material. In addition to the external heating of the actuator, the fluid flow itself, in cooperation with the actuator, utilizes the temperature behavior of the material to implement a control function. The valve disclosed is complex because of its integrated control function.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein steuerbares Ventil vorzuschlagen, das geräuscharm arbeitet, eine Steuerung des Volumenstroms ermöglicht und zudem möglichst gewichtsarm ist, und mit dem ein großer Stellhub ermöglicht ist.The object of the invention is a To propose controllable valve that operates quietly, a controller of the volume flow and also if possible is low in weight, and with which a large adjustment stroke is made possible.

Die Aufgabe wird bei einem Ventil der eingangs genannten Art nach Patentanspruch 1 folgendermaßen gelöst: Das Stellelement enthält ein Stellglied, das aus einer Formgedächtnislegierung gebildet ist. Das Stellglied ist ein Drahtabschnitt, der mit seinem einen Ende mittel- oder unmittelbar mit dem Absperrelement antriebsmäßig verbunden ist. Das Stellelement umfasst einen Stapel aus parallel zueinander angeordneten Gleitschlitten. Ein erster äußerer Gleitschlitten ist ortsfest fixiert, während die anderen Gleitschlitten in Richtung ihrer Längserstreckung verschiebbar sind. Ein zweiter äußerer Gleitschlitten ist antriebsmäßig mit dem Absperrelement verbunden. Zwischen zwei benachbarten Gleitschlitten ist jeweils ein Drahtabschnitt angeordnet, der deren gegenüberliegende Enden miteinander verbindet.The object is achieved in the case of a valve of the type mentioned at the beginning according to claim 1 as follows: The actuating element contains an actuator which is made of a shape memory alloy det. The actuator is a wire section, which is connected at one end to the shutoff element in terms of drive, directly or indirectly. The actuating element comprises a stack of sliding carriages arranged parallel to one another. A first outer slide carriage is fixed in place, while the other slide carriages are displaceable in the direction of their longitudinal extent. A second outer slide is drivingly connected to the shut-off element. A wire section is arranged between two adjacent sliding carriages, which connects their opposite ends to one another.

Ein aus einer Formgedächtnislegierung gebildetes Stellglied verändert oberhalb einer unteren Grenztemperatur TS seine geometrische Form kontinuierlich mit steigender Eigentemperatur und verursacht hierdurch einen Stellhub. Da das Absperrelement vom Stellelement bewegt wird, verursacht der Stellhub des Stellelements einen Arbeitshub des Absperrelements. Bei üblichen Formgedächtnislegierungen liegt die Grenztemperatur TS etwa bei 80°C. Bei einer oberen Grenztemperatur TE ist die maximale Formänderung der Formgedächtnislegierung erreicht. Eine weitere Temperaturerhöhung bewirkt keine Formänderung mehr, sondern führt eher zu lebensdauerbegrenzendem Stress für das Material. Das Stellelement übt in Richtung seiner Formänderung eine Kraft aus, die gegen die von einem Federelement verursachte Kraft wirkt. Das Stellelement und damit das Stellglied sind durch das Federelement gegen den Stellhub federnd vorgespannt.An actuator formed from a shape memory alloy changes its geometric shape continuously with increasing intrinsic temperature above a lower limit temperature T S and thereby causes an actuating stroke. Since the shut-off element is moved by the adjusting element, the actuating stroke of the adjusting element causes a working stroke of the shut-off element. In conventional shape memory alloys, the limit temperature T S is approximately 80 ° C. The maximum shape change of the shape memory alloy is reached at an upper limit temperature T E. A further increase in temperature no longer causes a change in shape, but rather leads to life-limiting stress for the material. In the direction of its change in shape, the actuating element exerts a force which acts against the force caused by a spring element. The actuator and thus the actuator are resiliently biased by the spring element against the actuating stroke.

Aufgrund der einfachen Konstruktion des Ventils und des Fehlens von Drahtwicklungen oder Ankern in Motoren oder Elektromagneten kann das vorgeschlagene Ventil im Vergleich zu bisherigen Ventilen wesentlich gewichtssparender ausgeführt werden. Auch das Bauvolumen ist deshalb sehr gering. Die Energieaufnahme ist ebenso gering, da die Wärmekapazität der verhältnismäßig kleinen Stellglieder aus Formgedächtnislegierung verschwindend gering ist. Die Verstellung des Absperrelements geht praktisch geräuschlos von sich, da eine Formänderung in der Formgedächtnislegierung weder beim Erwärmen noch beim Abkühlen Geräusche verursacht.Because of the simple construction of the valve and the lack of wire windings or anchors in motors or electromagnets can compare the proposed valve compared to previous valves are designed to be significantly less weight. The construction volume is therefore also very small. The energy intake is also low because the heat capacity of the relatively small Actuators made from shape memory alloy is negligible. The adjustment of the shut-off element is practical noiseless by itself because of a change in shape in shape memory alloy neither when heating still while cooling Sounds caused.

Da die Expansion und Kontraktion der Formgedächtnislegierung ein kontinuierlicher Prozess ist, der beliebige Zwischenpositionen zwischen Vollkontraktion und Vollexpansion annehmen kann, ist ein beliebiger Grad der Ventilöffnung und somit eine Steuerung des durch das Ventil tretenden Volumenstromes möglich.Because the expansion and contraction the shape memory alloy is a continuous process that has any intermediate positions between full contraction and full expansion is arbitrary Degree of valve opening and thus control of the volume flow passing through the valve possible.

Bei einem aus einem Drahtabschnitt gebildeten Stellglied haben sich Drahtdurchmesser von ca. 0,06mm – O,1mm bewährt. Der Drahtabschnitt ist mit seinem einen Ende ortsfest z.B. am Gehäuse des Ventils fixiert und an seinem anderen Ende mit dem Absperrelement unmittelbar oder mittelbar verbunden. Ein mit einem Federelement vorgespannter Drahtabschnitt aus einer Formgedächtnislegierung hat die Eigenschaft, sich bei Erwärmung im Bereich zwischen den Grenztemperaturen TS und TE in Längsrichtung bis zu 8% zu kontrahieren. Hierbei kann bei einem Drahtdurchmesser von 0,06 mm eine Zugkraft von etwa 0,7mN erzeugt werden. Eine Formgedächtnislegierung in Form eines Drahts hat zudem den Vorteil, dass eine Erwärmung des Drahtabschnitts vor allem bei geringem Drahtdurchmesser sehr schnell möglich ist. Ebenso ist eine Abkühlung durch Temperaturausgleich mit der Umgebung ebenfalls sehr schnell möglich. So wird erreicht, dass sich kurze Schaltzeiten für das Ventil ergeben.In the case of an actuator formed from a wire section, wire diameters of approximately 0.06 mm-0.1 mm have proven successful. One end of the wire section is fixed, for example, to the valve housing and at the other end it is connected directly or indirectly to the shut-off element. A wire section made of a shape memory alloy that is prestressed with a spring element has the property of contracting up to 8% in the longitudinal direction when heated in the range between the limit temperatures T S and T E. With a wire diameter of 0.06 mm, a tensile force of approximately 0.7 mN can be generated. A shape memory alloy in the form of a wire also has the advantage that the wire section can be heated very quickly, especially with a small wire diameter. Cooling down by temperature compensation with the surroundings is also possible very quickly. This ensures that the valve has short switching times.

In vielen Fällen reicht die von einem einzelnen Drahtabschnitt erzeugte Längenänderung in Form des Stellhubs nicht aus. Erfindungsgemäß wird eine Stellhubvergrößerung dadurch erreicht, dass das Stellelement mehrere Gleitschlitten enthält, die in Form eines Stapels z.B. übereinander angeordnet sind. Die Gleitschlitten sind zweckmäßigerweise flächig und länglich, z.B. in Form eines sehr flachen, länglichen Quaders ausgebildet. Die Längsrichtungen der einzelnen Gleitschlitten liegen hierbei parallel. Ein erster äußerer, z.B. der oberste Gleitschlitten ist ortsfest, z.B. am Gehäuse fixiert. Die restlichen Gleitschlitten sind in Richtung ihrer Längserstreckung verschiebbar. Ein zweiter äußerer, z.B. der unterste Gleitschlitten, ist antriebsmäßig mit dem Absperrelement verbunden, um dieses anzulenken.In many cases, this ranges from one individual Wire section generated change in length in the form of the stroke. According to the invention, this increases the actuating stroke achieved that the actuator contains several sliding carriages that in the form of a stack e.g. one above the other are arranged. The sliding carriages are expediently flat and elongated, e.g. in the form of a very flat, elongated cuboid. The longitudinal directions the individual slide are parallel. A first outer, e.g. the top slide is stationary, e.g. fixed to the housing. The remaining sliding carriages are in the direction of their longitudinal extension displaceable. A second outer, e.g. the bottom slide is driven by the shut-off element connected to guide this.

Zwischen je zwei benachbarten, also z.B. direkt übereinander liegenden Gleitschlitten ist je ein Drahtabschnitt angeordnet. Der Drahtabschnitt verbindet jeweils ein Ende eines Gleitschlittens mit dem in Längsrichtung des Gleitschlittens gegenüberliegenden Ende eines benachbarten Gleitschlittens und stellt so eine mechanische Verbindung zwischen den Gleitschlitten her.Between two neighboring, so e.g. directly one above the other lying slide is arranged a wire section each. The Each wire section connects one end of a slide with that in the longitudinal direction opposite the slide End of an adjacent sliding carriage and thus represents a mechanical Connection between the slide.

Die Drahtabschnitte und Gleitschlitten sind also so hintereinander geschaltet und in raumsparender Weise übereinander geschichtet, dass sich die einzelnen Längenänderungen der Drahtabschnitte in etwa zu dem gesamten Stellhub des Stellelements addieren.The wire sections and slide are thus connected in series and one above the other in a space-saving manner layered that the individual length changes of the wire sections add approximately to the total actuating stroke of the actuating element.

Die Erwärmung der Formgedächtnislegierung bzw. des Drahtabschnitts wird auf technisch einfache und insbesondere platzsparende Weise durch einen elektrischen Stromfluss in der Formgedächtnislegierung bewerkstelligt. Dazu ist eine steuerbare Stromquelle vorgesehen, die elektrisch leitend an die Enden des Stellgliedes bzw. des Drahtabschnitts angeschlossen ist. In einer weiteren Ausführungsform enthält das steuerbare Ventil einen Aufnehmer zur Ermittlung des Stell- bzw. Arbeitshubs des Stell- bzw. Absperrelements. So kann die aktuelle Position des Stellelements bzw. des Absperrelements, also die Öffnungsstellung des Ventils ermittelt und z.B. in einer externen Steuereinrichtung weiterverarbeitet werden. Eine Rückkopplung zum Stellelement erlaubt hierdurch kontrollierte und genau definierte Öffnungsstellungen zwischen den Endstellungen „Zu" und „Auf" des Ventils zur Steuerung des Volumenstroms.The heating of the shape memory alloy or the wire section is technically simple and in particular space-saving way due to an electrical current flow in the shape memory alloy accomplished. A controllable current source is provided for this purpose, the electrically conductive to the ends of the actuator or the wire section connected. In a further embodiment, the controllable Valve a sensor to determine the actuating or working stroke of the actuating or shut-off element. So the current position of the actuator or the shut-off element, i.e. the open position of the valve determined and e.g. be further processed in an external control device. A feedback This enables controlled and precisely defined opening positions to the control element between the end positions "closed" and "open" of the valve Control of the volume flow.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält der Hubaufnehmer eine z.B. am Ventilgehäuse angebrachte elektrische Widerstandsbahn und einen auf dieser gleitend bewegbaren, elektrisch leitfähigen Abgriff. Widerstandsbahn und Abgriff bilden somit bei einer linearen Bewegung des Abgriffs ein elektrisches Linearpotentiometer. Der Abgriff bewegt sich korrespondierend zum Öffnungs- bzw. Arbeitshub, ist also mit diesem bewegungsgekoppelt. Dies kann zum Beispiel durch einen am Stellelement angebrachten Mitnehmerzapfen erreicht werden, der den Abgriff auf der Leiterbahn führt. Der zwischen Abgriff und einem Ende der Widerstandsbahn gemessene elektrische ohmsche Widerstand ändert sich so korrespondierend zum Öffnungs- bzw. Arbeitshub, zum Beispiel im Bereich von 0kΩ bis 2kΩ. Die Bestimmung der Position des Absperrelements und dadurch der Grad der Öffnung des Ventils ist also durch eine einfache elektrische Widerstandsmessung durchführbar.In a particularly preferred embodiment contains the lifting device e.g. electrical attached to the valve body Resistance track and an electrically sliding on it conductive Tap. Resistance path and tap thus form in a linear Movement of the tap an electrical linear potentiometer. The tap moves corresponding to the opening or working stroke, is So coupled with this movement. This can be done, for example a driver pin attached to the control element can be reached, that leads the tap on the conductor track. The between tap and Electrical ohmic resistance measured at one end of the resistance path changes so corresponding to the opening or working stroke, for example in the range from 0kΩ to 2kΩ. Determining the position of the shut-off element and thus the degree of opening of the valve can be carried out by a simple electrical resistance measurement.

Oft ist die vom Stellelement erzeugte Kraft nicht ausreichend, wohl steht aber ein Stellhub zur Verfügung, der größer ist als für die Betätigung des Absperrelements notwendig. In einer bevorzugten Ausführungsform ist deshalb zwischen Stellelement und Absperrelement ein Getriebe geschaltet. Dieses kann bei Umsetzung der Kräfte zwischen Stell- und Absperrelement um einen Faktor k, die Hübe zwischen Stell- und Absperrelement um einen Faktor 1/k umsetzen. Besonders geeignet ist hierzu ein drehbar gelagerter Umlenkhebel, an dem Stellelement und Absperrelement angelenkt sind.Often that is generated by the control element Power is not sufficient, but an adjustment stroke is available, the is bigger as for the actuation of the shut-off element is necessary. In a preferred embodiment is therefore a gear between the control element and the shut-off element connected. This can happen when the forces between the actuator and shut-off element are converted by a factor k, the strokes between the actuator and shut-off element by a factor of 1 / k. A rotatably mounted deflection lever is particularly suitable for this, are articulated on the actuating element and shut-off element.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn das Absperrelement ein axial verschiebbarer Ventilstößel mit einer Achse und einem an einem Achsende angebrachten Dichtelement ist, wobei das Federelement eine Schraubenfeder ist, die koaxial auf der Achse des Ventilstößels angeordnet ist.An advantageous embodiment of the Invention results when the shut-off element is an axially displaceable Valve lifter with an axle and a sealing element attached to one axle end, wherein the spring element is a coil spring that is coaxial arranged the axis of the valve lifter is.

Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:For a further description of the invention is based on the exemplary embodiments referred to the drawing. Show it:

1 ein Ventil in einer schematischen Funktionsdarstellung im (a) geschlossenen und (b) geöffneten Zustand, 1 a valve in a schematic functional representation in the (a) closed and (b) open state,

2 ein alternativ gestaltetes Stellglied in Ruhe- (a) und Arbeitsstellung (b) in einer schematischen Funktionsdarstellung, 2 an alternatively designed actuator in the rest (a) and working position (b) in a schematic functional representation,

3 ein Ventil als Prinzipskizze in einer Explosionsdarstellung. 3 a valve as a schematic diagram in an exploded view.

Ein steuerbares Ventil 2 in 1 in der Ausführung als Pneumatikventil, also zur Steuerung beispielsweise des Befüllungszustandes eines Luftkissens in einem Fahrzeugsitz, enthält ein bewegliches Absperrelement 4, ein Stellelement 6 und einen Hubaufnehmer 8. Das Absperrelement 4 besteht im wesentlichen aus einer länglichen Schubstange 10, an deren einer Stirnseite 12 ein Dichtstopfen 14 konzentrisch zur Mittellängsachse 16 der Schubstange 10 angebracht ist. Die Schubstange 10 ist in Lagern 18a und 18b gleitend geführt, so dass sie in Axialrichtung verschiebbar ist. Die Lager 18a,b sind fest mit dem Gehäuse 20 des Ventils 2 verbunden.A controllable valve 2 in 1 in the version as a pneumatic valve, that is to say for controlling, for example, the filling state of an air cushion in a vehicle seat, contains a movable shut-off element 4 , an actuator 6 and a lifting device 8th , The shut-off element 4 consists essentially of an elongated push rod 10 , on one end 12 a sealing plug 14 concentric to the central longitudinal axis 16 the push rod 10 is appropriate. The push rod 10 is in camps 18a and 18b slidably guided so that it can be moved in the axial direction. Camps 18a, b are fixed to the housing 20 of the valve 2 connected.

An der Schubstange 10 ist ein Flansch 22 angeformt, der den Durchmesser der Schubstange radial erweitert, so dass der Flansch an der dem Freiende 23 der Schubstange zugewandten Seite eine sich in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 16 der Schubstange liegende Anschlagschulter 26 bildet. Zwischen dem Flansch 22 und dem Lager 18b ist auf die Führungsstange 10 koaxial zu deren Mittellängsachse 16 eine Schraubenfeder 24 aufgesetzt. Die Schraubenfeder 24 stützt sich mit ihrem einen Ende am Lager 18b und mit ihren anderen Ende an der Stützfläche 26 des Flansches 22 ab. Der Abstand zwischen der Anschlagschulter 26 und dem Lager 18b ist kleiner als die axiale Länge der Feder 24 in deren unbelastetem Zustand. Die hierdurch erreichte Vorspannung der eingebauten Feder 24 erzeugt einen ausreichenden Anpressdruck, dass im, in 1a gezeigten, geschlossenen Zustand des Ventils 2 der Dichtstopfen 14 mit ausreichendem Anpressdruck am Ventilsitz 28 anliegt. Die Ventilbohrung 30 ist dadurch ausreichend gegen die Durchströmung von Luft verschlossen.On the push rod 10 is a flange 22 molded on, which extends the diameter of the push rod radially, so that the flange at the free end 23 the side facing the push rod is in a plane perpendicular to the longitudinal axis 16 the shoulder of the push rod 26 forms. Between the flange 22 and the camp 18b is on the guide rod 10 coaxial to their central longitudinal axis 16 a coil spring 24 placed. The coil spring 24 is supported by one end of the bearing 18b and with their other end on the support surface 26 of the flange 22 from. The distance between the stop shoulder 26 and the camp 18b is less than the axial length of the spring 24 in their unloaded condition. The preload of the installed spring achieved in this way 24 generates sufficient contact pressure that in, in 1a shown, closed state of the valve 2 the sealing plug 14 with sufficient contact pressure on the valve seat 28 is applied. The valve bore 30 is therefore adequately sealed against the flow of air.

Ein Umlenkhebel 32 ist an seinem einen Ende drehbar im Ventilgehäuse 20 in einem Lager 34 gelagert. Am Gelenk 36 ist der Hebel 32 mit der Schubstange 10 verbunden. An dem dem Lager 34 gegenüberliegenden Ende des Hebels 32 ist dieser über das Gelenk 38 mit der Anlenkung 39 des Stellelements 6 verbunden. An dem der Anlenkung 39 gegenüberliegenden Ende ist das Stellelement 6 durch die Befestigung 40 mit Gehäuse 20 fest verbunden. Die Anlenkung des Absperrelements 4 ist durch eine Umlenkung mit einem Hebel 32 mechanisch einfach im Gegensatz zur Umsetzung einer Drehbewegung (z.B. eines Antriebsmotors) in eine Längsbewegung.A bell crank 32 is rotatable at one end in the valve housing 20 in a camp 34 stored. On the joint 36 is the lever 32 with the push rod 10 connected. At the camp 34 opposite end of the lever 32 this is over the joint 38 with the linkage 39 of the control element 6 connected. At that of the linkage 39 opposite end is the actuator 6 through the attachment 40 with housing 20 firmly connected. The articulation of the shut-off element 4 is through a redirection with a lever 32 mechanically simple in contrast to the conversion of a rotary movement (eg a drive motor) into a longitudinal movement.

Das Stellelement 6 enthält als Stellglied einen aus einer Formgedächtnislegierung hergestellten Drahtabschnitt 42, der an seinen beiden Enden mit der Anlenkung 39 bzw. der Befestigung 40 fest verbunden ist. Die Befestigung der Drahtabschnittsenden kann durch Crimpen, Anklemmen etc. erreicht werden. An den Befestigungspunkten an beiden Enden besitzt der Drahtabschnitt 42 außerdem elektrische Anschlüsse 44a und 44b, die über eine elektrische Leitung 46 mit einer Stromquelle 48 verbunden sind. In 1a liefert die Stromquelle 48 keinen Strom, so dass auch der Drahtabschnitt 42 nicht von Strom durchflossen ist.The actuator 6 contains as an actuator a wire section made of a shape memory alloy 42 , with the articulation at both ends 39 or the attachment 40 is firmly connected. The wire section ends can be secured by crimping, clamping, etc. The wire section has fastening points at both ends 42 also electrical connections 44a and 44b that have an electrical wire 46 with a power source 48 are connected. In 1a provides the power source 48 no electricity, so the wire section too 42 is not traversed by electricity.

Eine Längenänderung des Drahtabschnitts 42 überträgt sich über den Hebel 32 auf eine Bewegung der Schubstange 10 und somit auf die Bewegung des Dichtstopfens 14 aus dem Ventilsitz 28 heraus oder in diesen hinein.A change in length of the wire section 42 transfers through the lever 32 on a movement of the push rod 10 and thus on the movement of the sealing plug 14 from the valve seat 28 out or into it.

Der Positionsaufnehmer 8 enthält einen Mitnehmerzapfen 50, der fest mit der Anlenkung 39 des Stellelements 6 verbunden ist. Zwei Widerstandsbahnen 52a und 52b sind fest mit dem Gehäuse 20 verbunden und liegen sowohl parallel zueinander als auch parallel zur Richtung, in der sich die Anlenkung 39 bewegt, wenn der Drahtabschnitt 42 seine Länge ändert. An zwei benach barten Enden der Widerstandsbahnen 52a,b sind Anschlüsse 54a,b angebracht.The position sensor 8th contains a with participants tap 50 that stuck with the linkage 39 of the control element 6 connected is. Two resistance tracks 52a and 52b are fixed to the housing 20 connected and lie both parallel to each other and parallel to the direction in which the articulation 39 moves when the wire section 42 its length changes. At two adjacent ends of the resistance tracks 52a, b are connections 54a, b appropriate.

Am Mitnehmerzapfen 50 ist ein Kurzschlussbügel 56 angebracht, der gleitend auf den Widerstandsbahnen 52a,b aufliegt und diese an der Position des Mitnehmerzapfens 50 elektrisch leitend miteinander verbindet. In Messrichtung 58 kann deshalb zwischen den Anschlüssen 54a,b ein ohmscher Widerstand R1 gemessen werden, der sich aus der Summe der Teilwiderstände der Abschnitte der Leiterbahnen 52a und 52b zwischen den Anschlussleitungen 54a und 54b und der Position des Mitnehmerzapfens 50 ergibt. Der gemessene Gesamtwiderstand ist somit proportional zur Position des Mitnehmerzapfens 50. Da dieser fest mit der Anlenkung 39 verbunden ist, ist der Widerstand auch ein Maß für die Länge des Drahtabschnitts 42. Da die Anlenkung 39 über den Hebel 32 mit der Schubstange 10 verbunden ist, ist der Widerstand außerdem ein Maß für die Position der Schubstange 10 und damit eine Maß für den Stellhub des Ventils 2.On the driver pin 50 is a shorting bar 56 attached, the sliding on the resistance tracks 52a, b rests and this at the position of the driver pin 50 electrically conductive interconnects. In the direction of measurement 58 can therefore between the connections 54a, b an ohmic resistance R1 can be measured, which is the sum of the partial resistances of the sections of the conductor tracks 52a and 52b between the connecting lines 54a and 54b and the position of the driver pin 50 results. The total resistance measured is therefore proportional to the position of the driver pin 50 , Since this is fixed to the linkage 39 connected, the resistance is also a measure of the length of the wire section 42 , Because the linkage 39 over the lever 32 with the push rod 10 connected, the resistance is also a measure of the position of the push rod 10 and thus a measure of the actuating stroke of the valve 2 ,

In 1b liefert die Stromquelle 48 einen Strom I ≠ 0. Über die Leitung 46 und die elektrischen Anschlüsse 44a,b durchfließt der Strom I den aus der Formgedächtnislegierung hergestellten Drahtabschnitt 42. Durch den Stromfluss im Drahtabschnitt 42 erwärmt sich dieser. Bei Überschreiten der Grenztemperatur TS beginnt die Formgedächtnislegierung, durch Änderung ihrer Kristallstruktur ihr Volumen zu ändern. Dies führt zu einer Längenkontraktion des Drahtabschnitts 42 in dessen Axialrichtung.In 1b provides the power source 48 a current I ≠ 0. Via the line 46 and the electrical connections 44a, b the current I flows through the wire section made of the shape memory alloy 42 , Due to the current flow in the wire section 42 this heats up. When the limit temperature T S is exceeded, the shape memory alloy begins to change its volume by changing its crystal structure. This leads to a contraction in length of the wire section 42 in its axial direction.

Da der Drahtabschnitt 42 an der Befestigung 40 fest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist, führt die Längenkontraktion des Drahtabschnitts 42 dazu, dass sich die Anlenkung 39 der Befestigung 40 annähert und das Gelenk 38 des Hebels 32 bewegt. We gen der Hebeldrehung im Gelenk 34 erfährt die Schubstange 10 über das Gelenk 36 ebenfalls eine Verschiebung in Axialrichtung, in Richtung des Pfeils 60. Die Auslenkung der Schubstange 10 führt dazu, dass der Dichtstopfen 14 sich aus dem Ventilsitz 28 bewegt und so die Ventilbohrung 30 frei gibt, so dass durch diese Luft strömen kann.Because the wire section 42 on the attachment 40 firmly with the housing 20 connected, the length contraction of the wire section leads 42 that the linkage 39 the attachment 40 approximates and the joint 38 of the lever 32 emotional. Because of the lever rotation in the joint 34 experiences the push rod 10 about the joint 36 also a shift in the axial direction, in the direction of the arrow 60 , The deflection of the push rod 10 leads to the sealing plug 14 out of the valve seat 28 moves and so the valve bore 30 releases so that air can flow through it.

Die Bewegung der Schubstange 10 erfolgt gegen die Rückspannkraft der Schraubenfeder 24. Die Schraubenfeder 24 wird in Axialrichtung zusammengepresst, da sich mit der Schubstange 10 die Anschlagschulter 26 auf das Lager 18b zubewegt. Der Umlenkhebel 32 dient zur Kraft- bzw. Wegumsetzung zwischen der Bewegung der Anlenkung 39 des Drahtabschnitts 42 und der Axialverschiebung der Schubstange 10 etwa im Verhältnis 3:1. Deshalb wird die am Gelenk 38 angreifende, vom sich kontrahierenden Drahtabschnitt 42 verursachte Kraft am Gelenk 36 in die dreifache, auf die Schubstange 10 wirkende Kraft übersetzt. Aufgrund der Bewegung des Endes 63 des Drahtabschnitts 42 erfährt der an diesem und an der Anlenkung 39 mechanisch fest fixierte Zapfen 50 eine Verschiebung senkrecht zu seiner Längsachse in Richtung der Kontraktionsrichtung des Drahtabschnitts 42. Der auf dem Zapfen 50 angebrachte Kurzschlussbügel 56 gleitet entlang der Kohlebahnen 52a,b und überbrückt diese nun elektrisch an einer anderen Position ihrer Längsausdehnung. Zwischen den elektrischen Anschlüssen 54a,b wird deshalb ein Widerstand R2 > R1 gemessen. Da sich der Widerstandswert proportional mit der Position des Endes 62 des Drahtabschnitts 42 und somit proportional der axialen Verschiebeposition der Schubstange 10 verändert, ist dieser ein Maß für den Grad der Längenkontraktion des Drahtabschnitts 42 und für die Öffnungsstellung des Ventils 2.The movement of the push rod 10 takes place against the resilience of the coil spring 24 , The coil spring 24 is pressed together in the axial direction because it is connected to the push rod 10 the stop shoulder 26 to the camp 18b moved. The bell crank 32 serves to convert force or path between the movement of the linkage 39 of the wire section 42 and the axial displacement of the push rod 10 about 3: 1. That is why it is on the joint 38 attacking, from the contracting wire section 42 caused force on the joint 36 in the triple, on the push rod 10 acting force translated. Because of the movement of the end 63 of the wire section 42 he experiences on this and on the linkage 39 mechanically fixed pins 50 a displacement perpendicular to its longitudinal axis in the direction of the contraction direction of the wire section 42 , The one on the spigot 50 attached shorting bar 56 slides along the coal tracks 52a, b and now bridges them electrically at another position along their length. Between the electrical connections 54a, b therefore a resistance R2> R1 is measured. Because the resistance value is proportional to the position of the end 62 of the wire section 42 and thus proportional to the axial displacement position of the push rod 10 changed, this is a measure of the degree of length contraction of the wire section 42 and for the open position of the valve 2 ,

Nach Abschalten des Stromes I in der Stromquelle 48 wird der Drahtabschnitt 42 nicht weiter von Strom durchflossen und erfährt keine weitere Erwärmung. Die im Drahtabschnitt 42 gespeicherte Wärme wird an die Umgebung abgegeben und der Drahtabschnitt 42 kühlt ab. Die Kraft, die vom Drahtabschnitt 42 ausging und die Anlenkung 39 auf den Befestigungspunkt 40 zubewegt hat, verschwindet. Die von der vorgespannten Feder 24 ausgeübte Kraft wirkt auf die Anschlagschulter 26 und die Schubstange 10 wird in entgegengesetzter Richtung des Pfeils 60 bewegt. Der Dichtkegel 14 gleitet in Richtung des Ventilsitzes 28 zurück, bis er die in 1a gezeigte Ausgangsposition erreicht. Über den Umlenkhebel 32 und die Anlenkung 39 wird der Drahtabschnitt 42 in Axialrichtung wieder auf seine ursprüngliche in 1a dargestellte Länge gedehnt. Der an der Anlenkung 39 befestigte Zapfen 50 und mit ihm der Kurzschlussbügel 56 gleiten ebenfalls in ihre Ausgangsposition zurück. Damit das Ventil 2 in Ruhestellung z.B. sicher schließt, ist das Absperrelement 4 gegen den Ventilsitz 28 durch die Schraubenfeder 24 vorgespannt. Im Falle eines elektrisch gesteuerten Ventils 2 bedeutet dies, dass bei einem Stromausfall das Ventil 2 aus Sicherheitsgründen gesperrt ist.After switching off the current I in the power source 48 becomes the wire section 42 no further flow of electricity and no further heating. The one in the wire section 42 stored heat is released to the environment and the wire section 42 cools down. The force exerted by the wire section 42 went out and the linkage 39 to the attachment point 40 has moved disappears. That of the preloaded spring 24 The force exerted acts on the shoulder 26 and the push rod 10 will be in the opposite direction of the arrow 60 emotional. The sealing cone 14 slides towards the valve seat 28 back until he got the in 1a shown starting position reached. Via the bellcrank 32 and the linkage 39 becomes the wire section 42 in the axial direction back to its original in 1a shown length stretched. The one at the linkage 39 attached pegs 50 and with it the shorting bar 56 also slide back to their starting position. So that the valve 2 In the rest position, for example, closes securely, is the shut-off element 4 against the valve seat 28 through the coil spring 24 biased. In the case of an electrically controlled valve 2 this means that in the event of a power failure the valve 2 is blocked for security reasons.

Mit fallender Temperatur der Formgedächtnislegierung verringert sich die in Richtung des Stellhubs vom Stellelement verursachte Kraft. Sobald die vom Stellelement 6 erzeugte Kraft kleiner als die von der Schraubenfeder 24 an ihm ausgeübte Kraft ist, zwingt diese das Stellelement kontinuierlich mit sinkender Temperatur in seine Ausgangsposition zurück. Auch dieser Vorgang ist durch Steuerung der Temperatur der Formgedächtnislegierung kontinuierlich steuerbar und an jeder Position anhaltbar. Hierdurch ist die Geschwindigkeit, mit der das Absperrelement sowohl in Öffnungs- als auch in Schließrichtung bewegt wird, beliebig. Das Ventil kann also langsam oder schnell geöffnet oder geschlossen werden.As the temperature of the shape memory alloy falls, the force caused by the actuating element in the direction of the actuating stroke decreases. Once the from the actuator 6 generated force less than that of the coil spring 24 force exerted on it forces the control element back into its starting position continuously as the temperature drops. This process can also be continuously controlled by controlling the temperature of the shape memory alloy and can be stopped at any position. As a result, the speed at which the shut-off element is moved both in the opening and in the closing direction is arbitrary. The valve can therefore be opened or closed slowly or quickly.

In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wirkt die das Absperrelement 4 vorspannende Schraubenfeder 24 gleichzeitig als Rückstellelement für das Stellelement 6. Hierdurch kann die Anzahl der Bauteile im Ventil 2 reduziert werden, was wiederum zu einer einfacheren und kostengünstigeren Herstellung des Ventils beiträgt.In the illustrated embodiment of the invention, the shut-off element acts 4 bias de coil spring 24 at the same time as a reset element for the control element 6 , This can reduce the number of components in the valve 2 can be reduced, which in turn contributes to a simpler and less expensive manufacture of the valve.

Versteht man die in 1b dargestellte Längenkontraktion des Drahtabschnitts 42 als Maximalkontraktion, die durch die Stromstärke IE im Drahtabschnitt 42 eine Temperatur TE erzeugt, d.h. führt auch eine weitere Temperaturerhöhung durch eine größere Stromstärke I > IE nicht zu einer weiteren Kontraktion des Drahtabschnitts 42, so stellt die dargestellte Position die maximale Öffnungsstellung des Ventils 2 dar. Durch gezielte Zuführung eines Stromes 0 ≤ I ≤ IE aus der Stromquelle 48, der den Drahtabschnitt 42 auf eine beliebige Temperatur TS ≤ T ≤ TE zwischen der Grenztemperatur TS und der Maximaltemperatur TE erwärmt, kann jede beliebige Zwischenstellung zwischen der geschlossenen (1a) und voll geöffneten (1b) Stellung des Ventils 2 erreicht werden. Der jeder Zwischenposition eindeutig zugeordnete Widerstand R, der im Messrichtung 58 abgegriffen wird, dient als Eingabegröße für eine entsprechende, nicht dargestellte, übergeordnete Steuerung, die den Strom I entsprechend steuert, um die gewünschte Temperatur des Drahtabschnitts 42 zu halten.Do you understand the in 1b shown contraction of length of the wire section 42 as the maximum contraction caused by the current I E in the wire section 42 generates a temperature T E , ie a further temperature increase due to a larger current I> I E does not lead to a further contraction of the wire section 42 , the position shown represents the maximum opening position of the valve 2 By targeted supply of a current 0 ≤ I ≤ I E from the current source 48 that the wire section 42 heated to any temperature T S ≤ T ≤ T E between the limit temperature T S and the maximum temperature T E , any intermediate position between the closed ( 1a ) and fully open ( 1b ) Position of the valve 2 can be achieved. The resistance R clearly assigned to each intermediate position, that in the measuring direction 58 is tapped, serves as an input variable for a corresponding, not shown, higher-level control, which controls the current I accordingly, to the desired temperature of the wire section 42 to keep.

Die durch einen einzigen Drahtabschnitt 42 aus einer Formgedächtnislegierung erreichbare Längenänderung ist oft nicht ausreichend. 2 zeigt deshalb eine Anordnung, in der die Längenänderungen einzelner Drahtabschnitte 62a,b sich in etwa addieren.That through a single wire section 42 Length changes achievable from a shape memory alloy are often not sufficient. 2 therefore shows an arrangement in which the changes in length of individual wire sections 62a, b add up roughly.

In einem festen Rahmen 64 ist ein erster Gleitschlitten 66a befestigt. Weitere Gleitschlitten 66b und c sind in Lagern 68b,c gleitend gelagert, so dass sie in ihrer Längsrichtung verschiebbar sind. Am einen Ende des Gleitschlittens 66a und dem gegenüberliegenden Ende des Gleitschlittens 66b ist ein Drahtabschnitt 62a aus einer Formgedächtnislegierung befestigt. Entsprechend ist ein zweiter Drahtabschnitt 62b ebenfalls aus einer Formgedächtnislegierung zwischen den Gleitschlitten 68b und c befestigt. Die Gleitschlitten 68a-c sind elektrisch leitend und die Enden der Drahtabschnitte 62a,b elektrisch leitend mit den Gleitschlitten verbunden. An den Anschlusspunkten 44a,b ist eine elektrische Stromquelle 48 über elektrische Leitungen 4b angeschlossen. Die Drahtabschnitte 62a,b befinden sich so in einer elektrischen Reihenschaltung mit den Gleitschlitten 68a-c. Über eine Feder 70 ist die Anlenkung 39 in Richtung des Pfeils 72 gegenüber dem Rahmen 64 vorgespannt.In a fixed framework 64 is a first slide 66a attached. More sliding carriages 66b and c are in camps 68b, c slidably mounted so that they can be moved in their longitudinal direction. At one end of the slide 66a and the opposite end of the slide 66b is a wire section 62a attached from a shape memory alloy. Corresponding is a second wire section 62b also from a shape memory alloy between the sliding carriages 68b and c attached. The sliding carriage 68a-c are electrically conductive and the ends of the wire sections 62a, b electrically connected to the slide. At the connection points 44a, b is an electrical power source 48 via electrical cables 4b connected. The wire sections 62a, b are thus in an electrical series connection with the slide 68a-c , About a feather 70 is the articulation 39 in the direction of the arrow 72 towards the frame 64 biased.

In 2b wird ein Strom I ≠ 0 in die Anordnung eingespeist, der alle Drahtabschnitte 62a,b durchfließt. Entsprechend l führt der Stromfluss durch die Drahtabschnitte 62a,b zu deren Erwärmung. Nach Überschreiten der Grenztemperatur TS beginnen die Drahtabschnitte 62a,b mit ihrer Längenkontraktion. Die Längenkontraktion des ersten Drahtabschnitts 62a führt dazu, dass sich der Gleitschlitten 60b in Richtung des Pfeils 74 relativ zum fest am Gehäuse 64 befestigten Gleitschlitten 66a bewegt.In 2 B a current I ≠ 0 is fed into the arrangement, which covers all wire sections 62a, b flows. Corresponding l the current flow leads through the wire sections 62a, b to warm them up. After the limit temperature T S has been exceeded, the wire sections begin 62a, b with their contraction in length. The contraction in length of the first wire section 62a leads to the sliding carriage 60b in the direction of the arrow 74 relative to the housing 64 attached slide 66a emotional.

Selbst ohne Längenänderung des Drahtabschnitts 62b wird hierdurch ebenfalls der Gleitschlitten 66c zusammen mit dem Gleit schlitten 66b in Richtung des Pfeils 74 verschoben, weshalb auch die Anlenkung 39 die gleiche Auslenkung erfährt. Da jedoch zwischen den Gleitschlitten 66b und 66c ein weiterer Drahtabschnitt 62b geschaltet ist, der ebenfalls eine Längenkontraktion erfährt, wird der Gleitschlitten 66c relativ zum Gleitschlitten 66b ebenfalls in Richtung des Pfeils 74 verschoben. Die Anlenkung 39 erfährt deshalb die doppelte Auslenkung als diejenige, die durch einen einzelnen Drahtabschnitt 62a oder 62b hervorgerufen werden würde.Even without changing the length of the wire section 62b this also makes the slide 66c together with the slide 66b in the direction of the arrow 74 postponed, which is why the linkage 39 experiences the same deflection. However, since between the slide 66b and 66c another wire section 62b is switched, which also experiences a contraction in length, the sliding carriage 66c relative to the slide 66b also in the direction of the arrow 74 postponed. The linkage 39 therefore experiences double deflection than that caused by a single wire section 62a or 62b would be caused.

Durch die mechanische Reihenschaltung von n Drahtabschnitten und Leitschlitten erfährt so der Anlenkpunkt 38 eine n-fache Auslenkung. Die Auslenkung erfolgt entgegen der Spannkraft der Feder 70. Ein Drahtabschnitt der Länge L erzeugt eine maximale Längenänderung ΔL. Durch das Aneinanderreihen von n Drahtabschnitten der Länge L kann in einem Stellelement, das eine Gesamtlänge von etwa L aufweist, ein Stellhub erzeugt werden, der etwa n mal ΔL beträgt. Bei einer Anordnung der Länge 3cm, die Drahtabschnitte mit einer Gesamtlänge von ca. 18cm enthält, kann so ein Stellhub von etwa 4mm bei einer Kraftentwicklung je nach Drahtstärke von bis zu 2N Zugkraft erreicht werden.Due to the mechanical series connection of n wire sections and guide carriages, the articulation point is experienced 38 an n-fold deflection. The deflection takes place against the spring tension 70 , A wire section of length L produces a maximum change in length ΔL. By lining up n wire sections of length L, an actuating stroke can be generated in an actuating element that has a total length of approximately L, which is approximately n times ΔL. With an arrangement of length 3 cm, which contains wire sections with a total length of approx. 18 cm, an adjustment stroke of approx. 4 mm can be achieved with a force development of up to 2N tensile force depending on the wire thickness.

Ein Abschalten des Stromes I führt entsprechend 1 durch die mechanische Rückstellkraft der Feder 70 dazu, dass die Anordnung in ihre in 2a dargestellte Ruheposition zurückkehrt. Der am Ende 76 des Gleitschlittens 66c befestigte Mitnehmerzapfen 50 mit Kurzschlussbügel 56 kann entsprechend 1 dazu benutzt werden, um die Position der Anlenkung 39 zu erfassen.Switching off the current I leads accordingly 1 due to the mechanical restoring force of the spring 70 to the arrangement in their in 2a shown rest position returns. The one in the end 76 of the slide 66c attached driver pins 50 with shorting bar 56 can accordingly 1 used to determine the position of the linkage 39 capture.

Durch Übereinanderschichten weiterer Ebenen aus Drahtabschnitt und Gleitschlitten als der in 2 dargestellten drei Gleitschlitten und zwei Drahtabschnitte können noch mehrere Drahtabschnitte angefügt werden, was zu noch größeren erreichbaren Abstandsauslenkungen zwischen den mechanischen Anlenkpunkten 40 und 39 der Anordnung führt.By stacking more layers of wire section and sliding carriage than the one in 2 shown three sliding carriages and two wire sections, several wire sections can be added, which leads to even greater achievable distance deflections between the mechanical articulation points 40 and 39 the arrangement leads.

Ein Stellelement 6 der eben beschriebenen Ausgestaltung mit mehreren Gleitschlitten und Drahtabschnitten wird im übrigen als vorgefertigtes Bauteil von der Firma Nanomuscle Inc., Antioch, CA, USA vertrieben. Mit diesem Bauteil sind ca. 5 volle Zyklen von Vollkontraktion und -expansion pro Sekunde möglich.An actuator 6 The embodiment just described with several sliding carriages and wire sections is also sold as a prefabricated component by Nanomuscle Inc., Antioch, CA, USA. With this component, approximately 5 full cycles of full contraction and expansion per second are possible.

In 3 ist ein Ventil 2 gezeigt, das in einem Gehäuse 20 zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Stellglieder 6 enthält, die einen Verteilerkopf 80 ansteuern. Das Ventil enthält zwei Absperreinrichtungen 4 und zwei den Stellgliedern 6 zugeordnete Wegaufnehmer 8. Die Stellglieder 6 sind entsprechend 2 als Stapel mit mehreren Drahtabschnitten ausgeführt.In 3 is a valve 2 shown that in a housing 20 two independently controllable actuators 6 contains a distribution head 80 drive. The valve contains two shut-off devices 4 and two the actuators 6 assigned displacement transducers 8th , The actuators 6 are corresponding 2 executed as a stack with several wire sections.

Das Gehäuse 20 ist mit einem Deckel 82 versehen, der druckdicht mit seinem Randfalz 84 in der Dichtnut 86 einliegt. So ist die Konstruktion des eigentlichen Ventils aus Ventilsitz und Absperrelement einfach, da keine beweglichen, aber druckdichten Durchführungen, z.B. für die Absperrelemente notwendig sind. Das Innere des Ventilgehäuses steht somit je nach Betriebsart dauernd oder zweitweise unter Druck und durch ein oder mehrere Absperrelemente werden entsprechend viele Austrittsöffnungen in Form von Ventilbohrungen steuerbar abgedichtet, um ein steuerbares Mehrwegeventil zu realisieren.The housing 20 is with a lid 82 provided, the pressure-tight with its edge fold 84 in the sealing groove 86 rests. The construction of the actual valve from the valve seat and shut-off element is simple, since no movable but pressure-tight bushings, for example for the shut-off elements, are necessary. The interior of the valve housing is therefore under pressure, depending on the operating mode, continuously or in two-way pressure, and one or more shut-off elements controllably seal a corresponding number of outlet openings in the form of valve bores in order to implement a controllable multi-way valve.

Das Gehäuse besitzt also nur noch die Öffnungen 88, durch die Luft in das Gehäuseinnere ein- oder austreten kann. An den beiden Öffnungen 88 ist vermittels von Dichtringen 90 der Verteilerkopf 80 druckdicht angebracht, zum Beispiel verpresst oder verklebt. Über den Stutzen 92a kann so Luft über einen Kanal 94 und die Öffnungen 88 in das Gehäuseinnere ein- oder ausströmen. Die Anschlussstutzen 92b und 92c sind über Kanäle 96 mit Ventilsitzen 98 verbunden, die in etwa im Mittelpunkt der kreisförmigen Öffnungen 88 liegen.The housing only has the openings 88 through which air can enter or exit the interior of the housing. At the two openings 88 is by means of sealing rings 90 the distributor head 80 attached pressure-tight, for example pressed or glued. Over the neck 92a can air through a channel 94 and the openings 88 flow into or out of the housing interior. The connecting pieces 92b and 92c are across channels 96 with valve seats 98 connected, which is roughly at the center of the circular openings 88 lie.

Die Absperrelemente 4 enthalten Schubstangen 10 mit Flanschen 22 und koaxial auf die Schubstangen 10 aufgebrachten Federn 24. Die Schubstangen 10 liegen gleitend in Lagern 18a und 18b ein. Die Feder 24 stützt sich hierbei sowohl am Flansch 22 als auch am Lager 18b ab und spannt die Schubstange 10 in Richtung auf den Ventilsitz 98 hin mechanisch vor. Der den Ventilsitz abdichtende Ventilstopfen 100 enthält ein Dichtelement 102, das in der Aussparung 104 eines an der Schubstange 10 angeformten Dichtkopfes 106 einliegt. Der Dichtkopf 106 dient als mechanisch stabiles Aufnahmeelement. Hierdurch ist das Dichtelement 102 z.B. zu Wartungszwecken austauschbar. Das Dichtelement 102 liegt am Ventilsitz 98 in geschlossener Stellung des Ventils dichtend an. Auf einer angeformten Verbreiterung 108 der Schubstange 10 ist das Gelenk 36 angebracht, in das der Hebel 32 eingreift.The shut-off elements 4 contain push rods 10 with flanges 22 and coaxially on the push rods 10 applied feathers 24 , The push rods 10 are sliding in bearings 18a and 18b on. The feather 24 is based on both the flange 22 as well as in stock 18b and clamps the push rod 10 towards the valve seat 98 mechanically. The valve plug that seals the valve seat 100 contains a sealing element 102 that in the recess 104 one on the push rod 10 molded sealing head 106 rests. The sealing head 106 serves as a mechanically stable receiving element. This is the sealing element 102 Exchangeable for maintenance purposes, for example. The sealing element 102 lies on the valve seat 98 sealing in the closed position of the valve. On a molded widening 108 the push rod 10 is the joint 36 attached into which the lever 32 intervenes.

Als in der Praxis günstig erwiesen hat sich ein Hebel 32 mit einem Übersetzungsverhältnis des Stellhubs zum Arbeitshub von etwa 3:1. Die vom Stellelement 6 erzeugte Kraft wird hierdurch am Absperrelement 4 etwa verdreifacht.A lever has proven to be favorable in practice 32 with a gear ratio of the actuating stroke to the working stroke of approximately 3: 1. The actuator 6 generated force is thereby on the shut-off element 4 about tripled.

Die am Gleitschlitten 66c angebrachte Anlenkung 39 des Stellelements 6 greift ebenfalls am Hebel 32 an. Am Gleitplättchen 66c ist der Zapfen 50 angeformt, der den Kurzschlussbügel 56 parallel zur Längsachse der Schubstange 10 auf den Wider standsbahnen 52a,b verschiebt, die ortsfest auf einer fest mit dem Gehäuse 20 verbundenen Grundplatte 114 angebracht sind. Die Grundplatte 114 kann z.B. auch eine elektrische Leiterplatte sein. Der elektrisch leitende Kurzschlussbügel 56 ist an einem Führungselement 110 angebracht, das zusammen mit diesem in einem Gehäuse 112 gleitend einliegt und durch dieses mechanisch geführt ist.The one on the slide 66c attached linkage 39 of the control element 6 also grabs the lever 32 on. On the slide plate 66c is the cone 50 molded onto the shorting bar 56 parallel to the longitudinal axis of the push rod 10 on the resistance tracks 52a, b moves the stationary on a fixed to the housing 20 connected base plate 114 are attached. The base plate 114 can also be an electrical circuit board, for example. The electrically conductive shorting bar 56 is on a guide element 110 attached that together with this in a housing 112 slides in and is mechanically guided through it.

22
VentilValve
44
Absperrelementshut-off
66
Stellelementactuator
88th
HubaufnehmerHubaufnehmer
1010
Schubstangepushrod
1212
Stirnseitefront
1414
Dichtstopfensealing plug
1616
Mittellängsachsecentral longitudinal axis
18a,b18a, b
Lagercamp
2020
Gehäusecasing
2222
Flanschflange
2323
Freiendefree end
2424
Schraubenfedercoil spring
2626
Anschlagschulterstop shoulder
2828
Ventilsitzvalve seat
3030
Ventilbohrungvalve bore
3232
UmlenkhebelUmlenkhebel
3434
Lagercamp
3636
Gelenkjoint
3838
Gelenkjoint
3939
Anlenkunglinkage
4040
Befestigungattachment
4242
Drahtabschnittwire section
44a,b44a, b
Anschlussconnection
4646
Leitungmanagement
4848
Stromquellepower source
5050
Mitnehmerzapfendriver pin
52a,b52a, b
Widerstandsbahnresistance path
54a,b54a, b
Anschlussconnection
5656
KurzschlussbügelShorting bar
5858
Messrichtungmeasuring direction
6060
Pfeilarrow
62a,b,c62a, b, c
Drahtabschnittwire section
6363
EndeThe End
6464
Rahmenframe
66a,b,c66a, b, c
GleitschlittenSliding carriage
68b,c68b, c
Lagercamp
7070
Federfeather
72 72
Pfeilarrow
7474
Pfeilarrow
76 76
EndeThe End
8080
Verteilerkopfdistribution head
82 82
Deckelcover
8484
Randfalzedge fold
8686
Dichtnutsealing groove
8888
Öffnungopening
9090
Dichtringseal
92a,b,c92a, b, c
StutzenSupport
9494
Kanalchannel
9696
Kanalchannel
9898
Ventilsitzvalve seat
100100
Ventilstopfenvalve plug
102102
Dichtelementsealing element
104104
Aussparungrecess
106106
Dichtkopfsealing head
108108
Verbreiterungwidening
110110
Führungselementguide element
112112
Gehäusecasing

Claims (8)

Steuerbares Ventil mit einem von einem Stellelement gegen die Wirkung eines Federelements bewegbaren und mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Absperrelement, wobei das Stellelement ein aus einer Formgedächtnislegierung gebildetes Stellglied enthält, wobei das Stellglied ein Drahtabschnitt ist, der mit seinem einen Ende mittel- oder unmittelbar mit dem Absperrelement antriebsmäßig verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Ausgestaltung: – das Stellelement umfasst einen Stapel aus parallel zueinander angeordneten Gleitschlitten, – ein erster äußerer Gleitschlitten ist ortsfest fixiert, während die anderen Gleitschlitten in Richtung ihrer Längserstreckung verschiebbar sind, – ein zweiter äußerer Gleitschlitten ist antriebsmäßig mit dem Absperrelement verbunden, – zwischen zwei benachbarten Gleitschlitten ist jeweils ein Drahtabschnitt angeordnet, der deren gegenüberliegende Enden miteinander verbindet.Controllable valve with one of an actuator against the action of a spring element movable and with a valve seat cooperating shut-off element, the actuator being one of a Shape memory alloy formed actuator contains, wherein the actuator is a wire section with its one End is directly or indirectly connected to the shut-off element, marked by following configuration: - The control element comprises a stack of sliding carriages arranged parallel to each other, - a first outer slide is fixed while the other sliding carriages are displaceable in the direction of their longitudinal extent are, - on second outer slide is driving with connected to the shut-off element, - between two neighboring ones Sliding carriage is arranged a wire section, the opposing Connects ends together. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied an eine elektrische Stromquelle angeschlossen ist.Valve according to claim 1, characterized in that the actuator is connected to an electrical power source. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnehmer zur Ermittlung eines Stellhubs des Stellelements und/oder eines Arbeitshubs des Absperrelements vorgesehen ist.Valve according to one of the preceding claims, characterized characterized that a transducer to determine a stroke the actuating element and / or a working stroke of the shut-off element is. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnehmer eine ortsfeste Widerstandsbahn und einen diese gleitend beaufschlagenden elektrisch leitfähigen Abgriff enthält, der mit dem Stellelement oder dem Absperrelement bewegungsgekoppelt ist.Valve according to claim 3, characterized in that the transducer has a fixed resistance track and a sliding track containing electrically conductive tap, the with the actuating element or the shut-off element in motion is. Steuerbares Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stellelement und dem Absperrelement ein Getriebe geschaltet ist.Controllable valve according to one of the preceding Expectations, characterized in that between the actuating element and the shut-off element a transmission is switched. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein drehbar gelagerter Hebel ist, an dem das Stellelement und das Absperrelement angelenkt sind, wobei der Hebelarm des Absperrelements kleiner ist als der Hebelarm des Stellelements.Valve according to claim 5, characterized in that the transmission is a rotatably mounted lever on which the actuating element and the shut-off element are articulated, the lever arm of the shut-off element is smaller than the lever arm of the control element. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement ein axial verschiebbarer, an einem Ende ein Dichtelement tragender Ventilstößel ist.Valve according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the shut-off element is an axially displaceable, valve tappet carrying a sealing element at one end. Ventil nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine den Ventilstößel koaxial umfassende Schraubenfeder.Valve according to claim 7, characterized by a the valve lifter coaxial comprehensive coil spring.
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