CN110500441A - 具有用于脊椎功能的集成阀的阀装置和泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有用于脊椎功能的集成阀的阀装置和泵。阀装置(100)包括有泵端口和用户端口(130)的壳体(104)，阀装置还包括第一和第二致动器，致动器每个包括：基板(17,17’)；执行元件，在其第一端部部分(16a)有密封元件(42,42’)；连接元件(15)；及SMA元件(18,18’)，优选布置成U形，其中执行元件(16,16’)与基板(17,17’)至少部分重叠且在执行元件(16,16’)第二端部部分(16b)与基板相连，其中连接元件(15)导电连接在SMA元件(18、18’)的两位置，其中在中间部分(18c)中SMA元件(18,18’)在第一端部部分(16a)与执行元件(16,16’)连接，特别夹持地固定使得SMA元件(18,18’)的缩短引起密封元件(42,42’)提升，其中第一和第二致动器彼此镜像对称布置。本发明还涉及用于座椅舒适系统的泵装置。

Description

具有用于脊椎功能的集成阀的阀装置和泵

本发明涉及一种阀装置，该阀装置具有阀，该阀具有阀壳体，该阀壳体包围阀室并且具有至少一个阀开口。执行元件被布置在阀室内以便致动这样的阀，该执行元件可以在用于闭锁阀开口的闭合位置与用于开启阀开口的打开位置之间运动。此外，本发明还涉及具有阀装置的泵。

执行元件在打开位置和闭合位置之间的运动可以借助例如以丝线(Draht)形式的形状记忆合金(Shape Memory Alloys,SMA)实现。在此涉及可以根据其温度以两种不同的晶体结构存在的合金。在室温下存在具有体心四方晶格的马氏体结构，该马氏体结构在超过约100℃的转变温度时转变成具有面心立方晶格的奥氏体结构。因此，由这样的形状记忆合金制成的丝线具有这样的属性，即该丝线当被加热超过转变温度时由于晶格从马氏体结构转变成奥氏体结构而缩短。为了加热SMA元件，通常对其施加电流，由此该SMA元件会缩短，并且因此执行元件可以运动。

例如，从DE 10 2005 060 217已知一种阀，该阀具有包围压力室的阀壳体，其中在该压力室内布置有用于打开和闭合阀开口的柱塞。在此，该柱塞由SMA元件致动以打开阀开口，该SMA元件与布置在阀壳体内的电路板电连接，以便能够被施加电流。SMA元件被布置在压力室内并且因此直接暴露于阀的体积流量，即暴露于穿过阀开口流入或流出压力室的空气。在这种情况下，SMA元件在柱塞的两侧延伸，使得该SMA元件具有V形。

从DE 10 2012 222 570 A1中已知一种阀，该阀具有包括片簧的执行元件。该执行元件通过拉伸设计的SMA元件进行致动。

用于座椅舒适系统的泵例如从US 2007/023089或US 2016/363230A1中已知。

这种阀或阀装置可以用于填充介质储存器，例如机动车辆座椅区域中的流体囊，特别是气囊或气垫。已知的仅具有一个控制器(Stellglied)的阀可以用于填充或排空囊。这些阀并不能单独地适合用于保持囊中的压力。为此，已知的阀需要两个阀的组合。由两个阀构成的阀装置具有大的结构尺寸。

因此，本发明的任务在于，提出一种阀装置以及具有这种阀装置的泵，其在提到的缺点方面得以改善。

根据本发明的阀装置包括壳体，该壳体具有泵端口和用户端口，并且该阀装置进一步包括第一致动器(Aktor)和第二致动器，

其中致动器中的每个致动器包括：

-基板，

-执行元件，该执行元件在执行元件的第一端部部分中具有密封元件，

-连接元件，以及

-SMA元件，该SMA元件优选被布置成U形，

其中执行元件与基板至少部分重叠并且在执行元件的第二端部部分中与该基板相连，

其中连接元件与SMA元件的两个位置导电连接，

其中在中间部分中SMA元件在第一端部部分中与执行元件以如下方式连接，特别是夹持地固定，使得SMA元件的缩短引起密封元件的提升(Hub)，

其中第一致动器和第二致动器彼此镜像对称地布置。

SMA元件是由形状记忆合金制成的带状的或丝线状的元件。

特别地，镜像对称布置应被理解成，执行元件彼此镜像对称地布置。

特别地，SMA元件被布置成U形。因此，与已知的V形布置相比，结构尺寸几乎减半。SMA元件可以是具有U形弯曲部的U形。替代性地，该SMA元件例如也可以由两个子部件组成，这两个子部件基本上对应于没有U形弯曲部的U形。在后一种情况下，中间部分应理解为第三端部部分和第四端部部分，在U形的情况下，该中间部分有可能与U形弯曲部连接。特别地，为了固定SMA元件，可以在执行元件的第一部分中设置突起，SMA元件围绕这些突起延伸，或者第三端部部分和第四端部部分被固定在这些突起上。

在实施方式中，壳体包括中间壳体，该中间壳体将壳体划分成输入系统(Eingangstrakt)和输出系统(Ausgangstrakt)，其中在中间壳体中形成从输入系统到输出系统的通道，该通道与用户端口流体连接，其中第一致动器与通道的第一端部构成输入阀，并且第二致动器与通道的相对的第二端部构成输出阀。在该实施形式中，第一致动器构成输入阀，空气可以通过该输入阀进入用户端口以便例如用于填充囊，第二致动器构成输出阀以便对囊进行排气。当输入阀和输出阀闭合时，压力保持功能得以实现。

在另一种实施形式中，第一致动器和/或第二致动器的执行元件被设计成台阶形的，优选设计为冲压弯曲件，和/或，基板构成用于执行元件的止动件。

有利地，执行元件优选在第一端部部分中具有通孔，并且密封元件延伸穿过该通孔，并且特别以形状配合的方式固定在该通孔中。

在一种实施形式中，连接元件包括电路板或印刷电路板或与塑料板连接的导体电路或冲压网格。在第一替代方案中，SMA元件在中间部分经由被构造成导电的执行元件与作为第一接触部的连接元件相连，并且经由SMA元件的第一端部和第二端部与连接元件的第二接触部导电连接。此外，相邻致动器的SMA元件可以实施为单件式SMA元件。在该实施形式中可以存在连续的接地触点，该连续的接地触点例如还与多个并排布置的致动器相连。在第二替代方案中，执行元件以非导电方式与SMA元件连接，并且SMA元件的第一端部和第二端部中的每个端部与第一接触部和第二接触部中的每个接触部均导电连接。在该实施形式中，执行元件可以由非导电材料制成。在多个致动器并排布置的情况下可行的是，相邻致动器的两个SMA元件端部每个共用一个接触部。

基板可以包括用于固定电路板的连接件，特别是压入销、钎焊压接件或夹具。

在优选的实施形式中，电路板和基板被布置在执行元件的相对侧上。

此外，执行元件在第一端部部分中可以具有垂直于执行元件延伸的侧壁，该侧壁保护SMA元件免受空气流动影响。特别地，侧壁在执行元件的第一部分中至少部分地周向布置。

有利地，SMA元件在背离执行元件的第一端部部分的区域被固定在电路板上，特别是通过压接来固定，其中SMA元件优选在固定之前被偏转(umlenken)。

优选地，执行元件被构造成弯曲弹簧，该弯曲弹簧抗扭转地与基板相连，或者执行元件是由抗弯材料制成的杆元件，该杆元件可枢转地与基板相连。

在将弯曲弹簧作为执行元件的实施形式中，弯曲弹簧在第一端部部分处具有抗弯区域和中间的弹性区域，其中该弹性区域优选至少部分地布置在电路板和基板之间和/或该弹性区域被预紧。

在将杆元件作为执行元件的实施形式中，该杆元件有利地借助于弹性力复位，其中优选地，弹性力通过作用于电路板或阀壳体的片簧或螺旋弹簧产生。

有利地，阀装置包括至少两个，特别是至少三个第一致动器和第二致动器，这些致动器特别地被并排地布置。

根据本发明的泵是用于座椅舒适功能的泵并且包括根据本发明的阀装置。

有利地，在此情况下并排布置多个，特别是三个阀装置。

有利地，泵被容纳在壳体中，该壳体与阀壳体牢固地连接，其中阀壳体的盖具有电气端口和气动端口，其中具有已安装的致动器结构单元的电路板被容纳在壳体中。

附图说明

下面将借助对实施例的说明并参考附图对本发明的其它特征和优点进行更详细的阐述。分别以示意性的原理图示出：

图1示出了阀装置的剖切视图，

图2A示出了根据第一实施形式的致动器处于闭合位置的剖切视图，

图2B示出了根据第二实施形式的致动器的剖切视图，

图2C示出了根据第三实施形式的致动器的剖切视图，

图2D示出了根据第四实施形式的致动器的剖切视图，

图3示出了具有阀装置的泵，以及

图4作为分解图示出了具有阀装置的泵。

图1示出了阀装置100。该阀装置100被容纳在壳体104中，该壳体104包括壳体盖106和壳体底部110。压力端口170被容纳在壳体底部110中。此外，壳体104还包括中间壳体108。在此，通向大气的开口32围绕用户端口130布置。

两个阀元件2a、2b被容纳在壳体104中。阀元件2a、2b分别包括执行元件16、16’，这些执行元件被布置在基板17、17’上。为了致动阀元件2a、2b中的一个阀元件，通过施加电流来缩短相应的SMA元件18、18’并且密封元件42、42’从闭合位置被带到打开位置。电路板22、22’分别节省空间地被布置在执行元件16、16’和SMA元件18、18’之间。

阀开口14、14’通过被布置在中间壳体108中的通道109相互连接。用户端口130从通道109开始延伸。

阀元件2b被配置为输入阀。为了填充连接到用户端口130的囊，将引导通过压力端口170进入壳体104的压缩空气从阀室12’通过阀开口14’进入通道109。为此，执行元件16’与密封元件42’处于打开位置。在这种情况下，阀元件2a的执行元件16处于闭合位置。

如果两个阀元件2a和2b均闭合，则压力在连接到用户端口130的囊中得以保持。

如果要排空囊，则阀元件2b保持在闭合位置中并且阀元件2a被打开，其中执行元件16通过密封元件42被带到打开位置。空气可以通过开口32从阀室12排出到大气中。

图2A示出了根据第一实施形式的致动器的剖切视图。该致动器包括执行元件16，该执行元件被布置在基板17上并且与该基板连接。执行元件在第二端部部分16b中与基板17平面地连接。

执行元件16具有第一端部部分16a和第二端部部分16b。执行元件的中间部分16c在两个端部部分16a和16b之间延伸，在该中间部分中，执行元件16被弯曲成台阶形并且该中间部分包括弹性部分16d。该弹性部分16d被布置在基板17的上方。然而，弹性部分16d和基板17以如下方式彼此布置，使得弹性部分16d可以弯曲。弹性部分16d的弯曲受到执行元件16在执行元件的止动区域16f中的止动件的限制。特别地，通过弯曲弹性部分16d并且安装在基板17上可以实现预张紧。

用于闭合和开启阀开口14的密封元件42被布置在执行元件的第一端部部分16a中。为此，执行元件的第一端部部分16a具有通孔19，该通孔例如是密封元件42形状配合地布置在其中的孔。

此外，执行元件的第一端部部分16a还具有侧壁16e，这些侧壁至少部分地从执行元件的第一端部部分16a周向竖直地延伸。

基板17具有用于连接电路板22的连接件17a。电路板22通过连接件17a布置在执行元件16的相对的一侧上。在此，连接件17a被设计为压入销。

在电路板22的背离执行元件的第一端部部分16a的一侧上，即在电路板的背面22c上布置了夹具，该夹具包括压接连接件44。该压接连接件44具有凹部46。SMA元件通过两个平行并置的压接连接件44被保持在第一端部18a和第二端部18b处。SMA元件18从压接连接件44U形地延伸到执行元件16的第一端部部分16a。SMA元件18通过SMA元件的中间部分18c以如下方式与第一端部部分16a连接，使得SMA元件18的缩短致使执行元件16从闭合位置(参考图2A)提升到打开位置。在该实施形式中，压接连接件44有利地设计为用于SMA元件18，特别是用于两个端部18a、18b的接地触点。SMA元件18在中间部分18c中通过执行元件16，特别是通过执行元件的突起16g与作为第二接触部的电路板22接触。

图2B示出了第二实施形式中的致动器的剖切视图。在该实施例中，执行元件16被构造成刚性的。基板17和执行元件16在执行元件的第二端部部分16b处通过铰接件23a彼此连接。铰接件23a在基板17上的位置可以被布置在电路板22下方或与该电路板相邻。当该铰接件23a的位置与电路板22相邻时，执行元件16有利地仅具有一个角度(Winkel)。为了将执行元件复位到闭合位置，在所示的实施形式中将复位元件20设置为片簧，其中该片簧压到电路板的底面22b上。复位元件20可以与执行元件16实施为一体。有利地，在本实施形式中，SMA元件18通过第一端部18a与压接连接件44区域中的第一接触部导电连接，并且通过第二端部18b与压接连接件44区域中的第二接触部导电连接。

图2C示出了致动器的第三实施形式。在该第三实施形式中，复位元件20被复位元件21代替。复位元件21被构造成盘簧，该盘簧有利地作用在阀壳体壁上。用于复位执行元件的替代性的位置或弹簧结构是可行的。

图2D示出了第四实施形式中的致动器的剖切视图。第四实施形式与第二实施形式和第三实施形式的不同之处在于，执行元件16在第二端部部分16b中通过支承件23b与基板连接。特别地，支承件23b可以设计为角部或凹口，执行元件的第二端部部分16b被容纳在该角部或凹口中，其中如同第二实施方式中的那样，执行元件的第二端部部分的长度以及因此支承件23b沿着基板17的位置可以不同地设计。在第四实施形式中设置复位元件20或复位元件21。

图3和图4示出了用于交通工具座椅的脊椎功能的泵装置200。图3示出了外部视图，其中泵壳体202与阀壳体104连接。泵壳体202包围泵。在此，阀壳体104具有电子区域186和三个用户端口130。泵壳体202和阀壳体104的横截面是彼此配合的。

在图4中可以看到图3的泵装置的分解图。阀装置100的壳体底部110被放置在泵壳体202上。壳体底部在中央具有压力端口170。通过中间壳体108在两侧将电路板122与插接式连接器168和三个致动器116每个作为结构单元连接起来。在中间壳体中布置有三个用户端口130。两个相对的执行元件116各自构成一对输出阀和输入阀并且与用户端口130连接。此外，中间壳体108还与壳体盖106连接。壳体盖106还具有电子区域186，插接式连接器168可以通过该电子区域连接。利用根据本发明的泵例如可以单独地对用于交通工具座椅的脊椎支撑的三个气囊进行填充或排气。

参考标记列表

2a、2b 阀

12、12’ 阀室

14、14’ 阀开口

15、15’ 连接元件

16、16’ 执行元件

16a 执行元件的第一端部部分

16b 执行元件的第二端部部分

16c 执行元件的中间部分

16d 执行元件的弹性部分

16e 执行元件的侧壁

16f 执行元件的止动区域

16g 突起

16h 夹持装置

17 基板

17a 连接件

18、18’ SMA元件

18a SMA元件的第一端部

18b SMA元件的第二端部

18c SMA元件的中间部分

19 通孔

20 第一复位元件

21 第二复位元件

22、22’、122 电路板

22a 电路板的顶面

22b 电路板的底面

22c 电路板的背面

23a 铰接件

23b 支承件

32 开口

42、42’ 密封元件

44 压接连接件

46 压接连接件的凹部

100 阀装置

104 壳体

106 壳体盖

108 中间壳体

109 通道

110 壳体底部

116 执行元件

130 用户端口

168 插塞式连接器

170 压力端口

186 电子区域

Claims (15)

1.一种阀装置(100)，所述阀装置包括壳体(104)，所述壳体具有泵端口和用户端口(130)，所述阀装置还包括第一致动器和第二致动器，其中所述致动器中的每个致动器包括：

-基板(17、17’)，

-执行元件(16、16’、116)，所述执行元件在所述执行元件的第一端部部分(16a)中具有密封元件(42、42’)，

-连接元件(15)，以及

-SMA元件(18、18’)，所述SMA元件优选被布置成U形，

其中所述执行元件(16、16’)与所述基板(17、17’)至少部分重叠并且在所述执行元件(16、16’)的第二端部部分(16b)中与所述基板相连，

其中所述连接元件(15)导电地连接在所述SMA元件(18、18’)的两个位置上，

其中在中间部分(18c)中SMA元件(18、18’)在所述第一端部部分(16a)中与执行元件(16、16’)连接，特别是夹持地固定，使得所述SMA元件(18、18’)的缩短引起所述密封元件(42、42’)的提升，

其中所述第一致动器和所述第二致动器彼此镜像对称地布置。

2.根据权利要求1所述的阀装置，其中所述壳体(104)包括中间壳体(108)，所述中间壳体将所述壳体(104)划分成输入系统和输出系统，其中在所述中间壳体(108)中形成了从所述输入系统到所述输出系统的通道(109)，所述通道与所述用户端口(130)流体连接，其中所述第一致动器与所述通道(109)的第一端部构成输入阀(2b)，并且所述第二致动器与所述通道(109)的相对的第二端部构成输出阀(2a)。

3.根据权利要求1或2所述的阀装置(100)，其中所述第一致动器和/或所述第二致动器的执行元件(16、16’、116)被设计成台阶形的，优选设计为冲压弯曲件，和/或其中所述基板(17、17’)构成用于所述执行元件(16、16’、116)的止动件。

4.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中所述执行元件(16、16’、116)优选在所述第一端部部分中具有通孔(19)，并且所述密封元件(42、42’)延伸穿过所述通孔(19)，特别地以形状配合的方式固定在所述通孔中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中所述连接元件(15)包括电路板(22、22’、122)或印刷电路板或与塑料板连接的导体电路或冲压网格，其中在第一替代方案中，所述SMA元件(18、18’)在所述中间部分(18c)经由被构造成导电的执行元件(16、16’)与作为第一接触部的连接元件(15)相连，并且在所述SMA元件(18、18’)的第一端部(18a)和第二端部(18b)处与所述连接元件(15)的第二接触部导电连接，或者其中在第二替代方案中，所述执行元件(16、16’)以非导电方式与所述SMA元件(18、18’)连接，并且所述SMA元件(18、18’)的第一端部和第二端部(18a、18b)中的每个端部与第一接触部和第二接触部中的一个接触部均导电地连接。

6.根据权利要求5所述的阀装置(100)，其中所述基板(17)包括用于固定所述电路板的连接件(17a)，特别是压入销、钎焊压接件或夹具。

7.根据权利要求5或6任一项所述的阀装置(100)，其中所述电路板(22、22’、122)和所述基板(17、17’)被布置在所述执行元件(16、16’、116)的相对侧上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中所述执行元件在所述第一端部部分(16a)中具有垂直于所述执行元件延伸的侧壁(16e)，所述侧壁保护所述SMA元件(18、18’)免受空气流动影响。

9.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中所述SMA元件(18、18’)在背离所述执行元件(16、16’)的第一端部的区域被固定在所述电路板(22)上，特别是通过压接被固定，其中所述SMA元件(18、18’)优选在固定之前被偏转。

10.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中所述执行元件(16、16’)被构造成弯曲弹簧，所述弯曲弹簧抗扭转地与所述基板(17、17’)相连，或者所述执行元件(16、16’)是由抗弯材料制成的杆元件，所述杆元件能够枢转地与所述基板(17、17’)相连。

11.根据权利要求10所述的阀装置(100)，其中所述弯曲弹簧在所述第一端部处具有抗弯区域和中间的弹性区域(16d)，其中所述弹性区域优选至少部分地布置在所述电路板(22、22’)和所述基板(17、17’)之间和/或所述弹性区域被预张紧。

12.根据权利要求11所述的阀装置(100)，其中所述杆元件借助于弹性力被复位，其中所述弹性力优选地通过复位元件(20、21)，特别是通过作用在所述电路板或所述阀壳体上的片簧或螺旋弹簧产生。

13.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其中所述阀装置包括至少两个，特别是至少三个第一致动器和第二致动器，所述致动器特别是并排地布置。

14.一种泵装置，所述泵装置具有根据权利要求1至13中任一项所述的阀装置，所述泵装置特别是用于座椅舒适功能的泵。

15.根据权利要求14所述的泵装置，其中多个，特别是三个阀装置并排地布置。