CN105813887A - 用于控制到车辆座椅内空气单元的加压空气供给的sma阀 - Google Patents

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Abstract

控制到空气单元的加压空气供给的SMA阀，包括：阀壳体；阀元件(4)，相对于壳体内的安装板(30)在阀的关闭位置与打开位置之间可移动地悬置；弹簧元件，适于在所述阀元件(4)上施加朝向关闭位置的偏置力；SMA线(1)，布置成使得SMA线在超过其阈值温度时的缩短将阀元件拉至关闭位置；导体(20)，布置在阀元件(4)上与所述SMA线(1)接触并布置成使得其与所述安装板(30)上的传导表面(34)接触以在所述阀元件到达其打开位置时闭合电路；控制单元，布置成向所述SMA线供给电源并探测电路的闭合，并布置成在探测电路闭合时减少到所述SMA线的电源供给，其特征在于，所述阀元件(4)的所述悬架(8,10,10ˊ,12,12ˊ,14,14ˊ)布置成使得所述阀元件平行于所述安装板(30)在关闭位置与打开位置之间移动，以及所述导体(20)布置成平行于所述阀元件(4)的纵向和移动方向沿第一部分(22)延伸并沿第二部分(24)朝向所述安装板(30)延伸并进入形成于其中的槽(32)，所述传导表面(34)位于所述槽内，使得当所述阀元件(4)到达其打开位置时所述导体(20)的暴露端部与所述槽(32)内的所述传导表面(34)接触。

Description

用于控制到车辆座椅内空气单元的加压空气供给的SMA阀
本发明涉及用于控制向车辆座椅内空气单元的加压空气供给的SMA阀，包括：阀壳体；阀元件，可移动地相对于壳体内的安装板在关闭位置与打开位置之间可移动地悬置，在关闭位置阀元件密封临靠阀座，建立阀的关闭状态，在打开位置，阀元件远离阀座移动，对应于阀的打开状态；弹簧元件，适于在阀元件上施加偏置力将所述阀元件推压到关闭位置；SMA线，在安装板与阀元件之间延伸，并布置成使得SMA线在超过其阈值温度时的缩短在阀元件上施加力，该力抵抗弹簧元件的偏置力将阀元件拉离关闭位置；导体，布置在阀元件上与SMA线接触并布置成使得其与安装板上的传导表面接触以在阀元件到达其打开位置时闭合电路；控制单元，布置成向SMA线供给电源以打开阀并探测电路的闭合，并布置成在探测电路闭合时减少到SMA线的电源供给。
机动车辆的驾驶员和乘客尤其在驾驶长距离时，通常经受由于就座于车辆座椅内时长期的静态姿势造成的不适。这不仅感到不舒服且造成例如背痛，而且还导致健康的永久性伤害，特别是对于职业司机，如出租车、卡车和公交车司机。为了提供补救，汽车工业从某时提供具有可调节腰部空气支承和靠垫的车辆座椅以及基于气动致动的靠背座椅内的一体式按摩系统。座椅内的腰部支承和靠垫通过向空气单元供给加压空气而充胀空气单元来调节。一旦腰部支承和靠垫达到其所需充胀状态，则加压空气供给停止且空气单元关闭。在按摩系统中，座椅靠背内各系列的空气单元顺次充胀和放泄以提供按摩效果。
在车辆座椅的按摩系统中，有每个空气单元上游的可控阀以允许单独控制每个单元的充胀/放泄，以及控制通气的其它阀。由于按摩系统中各空气单元的数量是相当多的，所以阀的数量也相应地大。类似地，在具有可调节腰部支承和靠垫的车辆座椅中，存在阀来打开空气单元以进行充胀，并在所需充胀状态关闭空气单元。
电磁阀技术上非常适合用作车辆座椅的按摩系统和腰部支承和靠垫系统中的可控阀，但这些阀相对昂贵、体积大且重，且因此对于诸如在例如按摩系统中采用大量阀的安全座椅的应用中并非较佳的。
另一类型的可控阀是所谓的SMA阀，其中SMA代表“形状记忆合金”。SMA阀包括壳体、作为阀元件的柱塞、将柱塞推压到阀座内关闭位置的弹簧、以及能够作用在柱塞上的致动器，使得致动器在启动时在柱塞上施加力，将柱塞远离阀座移动到打开位置并只要致动器保持启动就将其保持在该位置。在该情况下，致动齐包括形状记忆合金制成的金属线。这种形状记忆合金在阈值温度下改变其微观结构，使得SMA线在超过阈值温度时缩短。具体来说，SMA材料在室温下处于具有马氏体特性的金属状态，而该结构在约80℃的阈值温度下转变成奥氏体结构。由于该转变，SMA线缩短，其中该缩短提供作用在柱塞上的力以将其移动到打开位置。SMA阀的致动通过向SMA线选择性地供给电流以将其加热到阈值温度并将其保持在该温度所需的启动循环，此后终止到SMA线的电源供应以使SMA线冷却到阈值温度以下。
SMA阀对于诸如车辆座椅中按摩系统和腰部支承和靠垫的应用具有某些优点，因为它们可设计成具有低重量，该阀在操作中几乎完全安静并能以相对低的成本设置。
例如在DE102005060217Al中描述了一种SMA阀。该阀具有壳体，其中作为阀元件的柱塞可移动地悬置在壳体内，其中柱塞在安装板内被轴向引导并进一步延伸穿过屏蔽壁上的开口，其纵向和移动方向垂直于安装板。SMA线用其相对两端在间隔开的点固定到安装板，且在其中心位置在高于安装板的高度固定到柱塞，使得SMA线具有等腰三角形的形状，其中从中心部分沿相反方向延伸的SMA线部分形成相同长度的腰，而安装板形成三角形的相对边。当SMA线通过供给电源而被加热到超过阈值温度时，SMA线缩短，这导致三角形的两条腰缩短，这又使顶点移动，SMA线在顶点处更靠近安装板连接到柱塞，由此柱塞朝向安装板移动到阀的打开状态。SMA线的直径通常非常小，通常小于0.1mm。为此，必须小心线不过热和由于熔化而损坏。在电源供给的第一阶段，供给电平相对高以快速达到阈值温度，此后电源供给电平降低以避免线过热。为此目的，由当柱塞到达打开位置时通过柱塞致动的端部开关，且控制单元布置成在致动端部开关之后减少电源供给。端部开关位于安装板下方，使得当柱塞到达打开位置时柱塞的下端致动端部开关。形成等腰三角形的SMA线的延伸部与安装板一起导致阀的相对大的横向尺寸，因为两腰之间的角度在该实施例中示出相当大且较佳地为145°，使得线的固定到安装板处相对端点之间的距离相对大。
上述SMA阀设计沿垂直于安装板的方向还消耗空间，因为柱塞延伸成其纵向轴线垂直于安装板并沿该方向移动。
权利要求1的前序部分基于以上参照DE102005060217Al描述的SMA阀，除了不同的端部开关。在该情况下，柱塞是具有镀金表面的塑料件，其形成沿柱塞的导体。SMA线与柱塞的顶表面接触，且当柱塞到达其打开端部位置时，镀金柱塞的下端表面与安装板的传导表面接触以闭合电路。电路的闭合通过控制单元探测到，该控制单元响应地降低到SMA线的电源供应。
本发明的目的是提供一种具有可靠端部开关功能的紧凑SMA阀。
该目的通过包括权利要求1特征的SMA阀来实现。本发明的较佳实施例在从属权利要求中阐述。
根据本发明，阀元件悬置成使得其平行于安装板在打开位置与关闭位置之间移动。导体布置成沿第一部分平行于阀元件的纵向和移动方向延伸并沿第二部分朝向安装板延伸并进入形成于安装板中的槽，传导表面位于槽内，使得当阀元件到达其打开位置时导体的暴露端部与槽内的传导表面接触。
这样，可实现非常紧凑的设计，因为阀元件未使其纵向方向垂直于安装板延伸，而是设置成其纵向轴线和其移动方向平行于安装板。为了实现该构造中的节省端部开关功能，导体沿阀元件沿第一部分并平行于其纵向和移动方向延伸，且在第二部分以相对于其成角度并朝向安装板延伸，使得其延伸到形成在安装板内的槽中。槽的侧壁设有传导表面，该传导表面设置成使得在阀元件到达打开位置时导体的暴露端部与传导表面接触以闭合电路。
根据较佳实施例，阀元件通过平行四边形悬架悬置在安装板上方，该平行四边形悬架具有将阀元件连接到安装体的两个平行连接连杆，该安装体又连接到安装板。连接连杆位于沿阀元件的移动方向到彼此一定距离处。第一连接连杆通过第一铰链连接到安装体并通过第一阀元件铰链连接到阀元件；第二连接连杆通过第二铰链连接到安装体并通过第二阀元件铰链连接到阀元件。连接连杆布置成使得当阀元件在其关闭位置与打开位置之间移动时其在相对于阀元件的纵向方向和其运动方向的一角度范围上枢转，其中所述角度范围包括所述连接连杆与所述阀元件的所述纵向和移动方向之间的90°角。换言之，阀元件从关闭到打开位置以及相反方向的移动对应于连接连杆在约90°角度范围上的枢转运动。如果约90°的该角度范围足够小，则该布置确保阀元件在关闭与打开位置和相反方向的运动是良好近似的线性运动。
阀元件的运动是良好近似线性的，因为连接连杆(如果阀元件的纵向和运动方向是竖直的)在围绕其水平定向的角度范围上移动，在其水平定向其垂直于运动方向和阀元件的纵向轴线，使得阀元件的运动良好近似线性竖直运动。例如，连接连杆可具有9mm的长度，阀元件从关闭位置到打开位置的行进距离可以是1mm。如果连接连杆在其关闭位置垂直于阀元件，则它们在阀元件运动期间在约6゜的范围上向后枢转1mm到达打开位置。在该实例中阀元件的运动与线性运动的偏差小于0.05mm(垂直于纵向方向的位移和阀元件的主运动方向分量)，其与1mm的行进距离相比较小且可忽略为良好近似。这里该主运动方向称为阀元件的运动方向。
平行四边形悬架的另一优点在于阀元件的悬置不需要滑动接触的引导或承载表面，使得没有抵抗阀元件运动的摩擦阻力。
在较佳实施例中，平行四边形悬架和阀元件一体形成为一件，即安装体、第一连接连杆、第二连接连杆、阀元件和铰链由塑料材料一体形成。在该情况下，第一和第二铰链以及第一和第二阀元件铰链是固态铰链或挠性铰链，各具有弱化材料厚度的区域。这种一体式部件可用非常成本有效的方式形成，例如通过注塑模制形成。此外，生产成本之所以低是因为由于整个部件形成为单件，不需要将悬架的各部件组装的步骤。这种一体式部件可用非常低的公差形成且不会呈现内部部件之间的任何间隙。
在较佳实施例中，当SMA线在第一线性部分沿阀元件延伸到偏转装置，且在该第一部分SMA线以相对于阀元件从关闭位置移动到打开位置时的运动方向以小于90°的角定向，这种定向是必须的，使得SMA线的缩短产生平行于阀元件的移动方向的力分量并将其拉离关闭位置。从该偏转装置，SMA线在第二部分以相对于阀元件的纵向和运动方向小于45°的角度延伸，例如平行于阀元件的纵向和运动方向。SMA线的该布置减小垂直于阀元件的纵向和运动方向的横向延伸部。
在较佳实施例中，偏转装置可通过安装体上的突起提供，该突起包括SMA线在其中经过的沟槽。SMA线可沿其纵向方向在该沟槽内滑动，以能够使SMA线缩短，且反之一旦其温度下降到阈值温度以下则使其能够延长。
在较佳实施例中，导体是模制成具有两个导体暴露区域的阀元件的细长金属件，第一暴露区域在围绕阀元件在其背向安装板的一侧形成的沟槽内，延伸穿过所述沟槽的SMA线与导体的第一暴露区域接触，其中导体的第二暴露区域由金属元件的朝向安装板偏转并延伸到其中槽内的突出端部形成。
在较佳实施例中，阀元件设有朝向安装板延伸并沿其第二部分的朝向安装板的部分封围导体的成角度横向延伸部。通过该延伸部，导体除了两个暴露区域之外被保护和隔离，且这样免受与其它传导元件的无意或意外接触。阀元件的横向延伸部可以与阀元件和其悬架的其余部件一体形成。
在较佳实施例中，SMA线从第一固定点沿所述第二部分延伸到偏转装置，在第一固定点其相对于安装板固定，沿着所述第一部分延伸到阀元件，在所述第一部分阀元件在围绕所述阀元件的沟槽内被引导到其相对侧，在相对侧SMA线沿相对第一部分以对称方式延伸到相对偏转装置并从该处沿其相对于安装板固定的相对固定点。该布置允许相当紧凑的设计，具有沿垂直于阀元件的纵向和运动方向的方向所需的用于SMA线的仅非常小的空间，因为SMA线两个部分都仅在阀元件的一侧上延伸，且由于在每侧上，SMA线在第一部分偏转方向之后更靠近阀元件的纵向和运动方向延伸。
下文将参照附图描述本发明，附图中：
图1示出具有其悬架的阀元件的立体剖开视图，其中示出安装板上两个这种阀元件的前后布置；
图2和3示出阀元件和安装板的包括槽的部分的两个详细视图，其中阀元件示出为切开以显示其中导体的延伸；
图4示出该实施例的立体图。
SMA阀包括其中定位有压力室的壳体(未示出)。该壳体包括用加压空气供给的阀端口(未示出)。阀元件4在其处于关闭位置时与其密封顶端6密封接触，邻靠在形成在阀端口的内端上的阀座上，使得阀关闭且没有加压空气进入压力室。压力室具有输出端口，当阀元件处于其打开位置，使其密封顶端6在输入端口的内端抬离阀座时，加压空气穿过该输出端口。
在图1中，示出前部阀元件4，在中部切开。呈柱塞形式的阀元件4通过平行四边形悬架悬置在安装板30上，该安装板30又固定在阀壳体内。该悬架包括固定在安装板30上的安装体8。安装板可具有印刷电路板的形式。安装体8可通过延伸穿过其的销固定，销插入和固定在安装板30内的互补孔内。
两个平行的连接连杆10、10'将阀元件4连接到安装体8。连接连杆10、10'到安装体8的连接用铰链12、12'提供。此外，连接连杆10、10'到阀元件4的连接用铰链14、14'提供。在该实施例中，阀元件和其悬架一体形成为塑料材料的一件，其中铰链12、12'、14、14'形成为固态铰链或挠性铰链，每个铰链包括弱化材料厚度的区域。
图1、2和4中所示阀元件的位置对应于阀元件的关闭位置。在该实施例中，当阀元件处于其关闭位置时，连接连杆10、10'垂直于阀元件4的纵向方向和运动方向定向。该实施例中连接连杆的长度为9mm；如果柱塞从其关闭位置向其打开位置沿纵向方向移动1mm，则连接连杆10、10'枢转约6°。相对于垂直定向约6°角度范围内的该枢转运动足够小，使得阀元件4的运动可认为线性运动的良好近似。
在阀元件内延伸有导体20。导体20沿阀元件4的纵向方向的第一部分22从阀元件4的靠近其密封顶端6的前部延伸，且然后朝向安装板30延伸经过成角度的第二部分24。阀元件4包括沿其延伸部朝向安装板的主要部分围绕导体20的第二部分24的横向延伸部4'，其中仅露出导体20的第二部分24的端部。
导体20的该露出的端部延伸到形成于安装板30内的槽32，这在图2和3中的详细视图中更详细地示出。
该槽布置成使得当阀元件4处于其关闭位置时导体20的露出的端部位于到槽的任何侧壁部分一定距离处。当阀元件4通过SMA线1的缩短驱动到其打开位置时，导体20的暴露的下端部分形成沿向后方向在槽32内的相应运动。槽32设置和布置成使得导体20的暴露的端部与槽的后端侧壁34内的传导表面接触。可包括微处理器的SMA阀的控制单元布置成探测由导体20与槽的端侧壁处的传导表面34之间的接触所实现的电路的闭合。
为了确保在阀元件4达到其打开位置时建立这种接触，槽32和其传导端表面34可布置和设置成使得导体的暴露的端部以一定力邻靠接触在槽32的传导表面端壁34上。在这种布置中，实际上终止阀元件4的向后运动的导体20和槽的传导端表面用作止挡表面。在这种布置中，在任何情况下都确保导体20的露出的端部与槽的端壁处的传导表面接触，即使在安装板30内的槽32和阀元件4的其余部件与其悬架之间的相对定位有任何生产公差也是如此。
图4是安装在安装板30上的前后阀元件布置的立体图。如可以看出的，膨胀弹簧安装成作用在阀元件4与安装体8之间以将阀元件4推压到图4中所示的关闭位置。SMA线1用其一端固定在固定到安装板30上的部件上，并平行于阀元件4的纵向和移动方向延伸到偏转装置18，该偏转装置18由安装体8上的突起形成，具有SMA线1在其中引导和偏转的沟槽从而以相对于阀元件的运动方向小于90°的角度延伸；在所示实施例中，SMA线1在第一部分的角度为相对于阀元件4的运动方向约70°。SMA线1还延伸穿过形成在阀元件4的背向安装板30的上侧内的沟槽5。在该沟槽内，可触及导体20的暴露部分，且被引导穿过沟槽5的SMA线与导体20的第一暴露区域电接触。SMA线在相对(不可见)侧上以对称方式进一步延伸，即在相对于阀元件4的移动方向小于90°的角度下延伸到相对偏转装置，并沿平行于阀元件4的运动方向的第二部分从该处延伸到相对固定点，在该相对固定点其固定到连接于安装板30的部件。

Claims (9)

1.一种用于控制到车辆座椅内空气单元的加压空气供给的SMA阀，包括：
阀壳体；
阀元件(4)，所述阀元件(4)在关闭位置与打开位置之间可移动地相对于壳体内的安装板(30)悬置，在所述关闭位置所述阀元件密封临靠阀座，建立阀的关闭状态，在所述打开位置，所述阀元件远离所述阀座移动，对应于阀的打开状态；
弹簧元件，所述弹簧元件适于在所述阀元件(4)上施加偏置力将所述阀元件推压到所述关闭位置；
SMA线(1)，所述SMA线(1)在所述安装板(30)与所述阀元件(4)之间延伸，并布置成使得SMA线在超过其阈值温度时的缩短在所述阀元件上施加力，所述力抵抗所述弹簧元件的偏置力将所述阀元件拉离所述关闭位置；
导体(20)，所述导体(20)与所述SMA线(1)接触布置在所述阀元件(4)上并布置成使得在所述阀元件到达其打开位置时其与所述安装板(30)上的传导表面(34)接触以闭合电路；
控制单元，所述控制单元布置成向所述SMA线供给电源以打开阀并探测电路的闭合，并布置成在探测电路闭合时减少到所述SMA线的电源供给，
其特征在于，
所述阀元件(4)的所述悬架(8,10,10',12,12',14,14')布置成使得所述阀元件平行于所述安装板(30)在关闭位置与打开位置之间移动，以及
所述导体(20)布置成平行于所述阀元件(4)的纵向和移动方向沿第一部分(22)延伸并朝向所述安装板(30)沿第二部分(24)延伸并进入形成于所述安装板(30)中的槽(32)，所述传导表面(34)位于所述槽内，使得当所述阀元件(4)到达其打开位置时所述导体(20)的暴露端部与所述槽(32)内的所述传导表面(34)接触。
2.如权利要求1所述的SMA阀，其特征在于，所述阀元件(4)通过平行四边形悬架(8,10,10',12,12',14,14')悬置在所述安装板上方，所述平行四边形悬架(8,10,10',12,12',14,14')包括连接到所述安装板(30)的安装体(8)、在沿所述阀元件的运动方向彼此一定距离处的所述安装体(8)与所述阀元件(4)之间延伸的两个平行连接连杆(10,10')，第一连接连杆(10)通过第一铰链(12)连接到所述安装体(8)并通过第一阀元件铰链(14)连接到所述阀元件，第二连接连杆(10')通过第二铰链(12')连接到所述安装体并通过第二阀元件铰链(14')连接到所述阀元件，其中所述连接连杆(10,10')布置成使得当所述阀元件在其关闭位置与打开位置之间移动时所述连接连杆(10,10')相对于所述阀元件(4)的纵向方向和运动方向在一角度范围上枢转，所述角度范围包括所述连接连杆(10,10')与所述纵向和移动方向之间的90°角。
3.如权利要求2所述的SMA阀，其特征在于，所述安装体(8)、所述第一连接连杆(10)、所述第二连接连杆(10')、所述阀元件(4)以及所述铰链(12,12',14,14')由塑料材料一体形成，且所述第一和第二铰链(12,12')以及所述第一和第二阀元件铰链(14,14')是各具有弱化材料厚度区域的固态铰链。
4.如任意前述权利要求所述的SMA阀，其特征在于，所述SMA线(1)在第一线性部分沿所述阀元件(4)以相对于所述阀元件在从所述关闭位置移动到所述打开位置时的纵向和运动方向小于90°的角度延伸到偏置装置(18)，并从所述偏置装置(18)在第二部分以相对于所述阀元件的纵向和运动方向的小于45°的角度延伸。
5.如权利要求4所述的SMA阀，其特征在于，所述偏转装置(18)由所述安装体(8)上的突起提供，所述SMA线(1)围绕所述突起在沟槽内经过。
6.如权利要求4或5所述的SMA阀，其特征在于，所述SMA线(1)在第二部分沿平行于所述阀元件(4)的纵向和运动方向延伸。
7.如权利要求3至6中任一项所述的SMA阀，其特征在于，所述导体(20)是细长金属元件，所述细长金属元件模制成具有所述导体的两个暴露区域的所述阀元件(4)，所述第一暴露区域在围绕所述阀元件(4)在所述阀元件(4)背向所述安装板(30)的侧上形成的沟槽(5)内，而所述第二暴露区域通过朝向所述安装板(30)偏转并延伸到所述安装板(30)中的所述槽(32)内的金属元件的端部形成。
8.如权利要求7所述的SMA阀，其特征在于，所述阀元件(4)设有朝向所述安装板(30)延伸并沿其第二部分(24)的一部分封围所述导体(20)的成角度横向延伸部(4')。
9.如权利要求7或8中任一项所述的SMA阀，其特征在于，所述SMA线(1)从第一固定点沿所述第二部分延伸到所述偏转装置(18)，在所述第一固定点所述SMA线(1)相对于所述安装板(30)固定，沿着所述第一部分到延伸所述阀元件，在所述第一部分所述SMA线(1)在围绕所述阀元件(4)的沟槽(5)内被引导到其相对侧，在所述相对侧所述SMA线沿相对第一部分以对称方式延伸到相对偏转装置并从该处沿相对的第二部分延伸到相对于所述安装板(30)固定的相对固定点。
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