DE102005060217A1

DE102005060217A1 - Valve e.g. two way control valve, for pneumatic field, has shape memory alloy unit that is immobilized by its ends on base plate and median parts of lifters, and wall that includes opening in which ends of lifter pass

Info

Publication number: DE102005060217A1
Application number: DE102005060217A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Beyerlein; Markus Köpfer
Original assignee: Alfmeier Praezision AG Baugruppen und Systemlosungen
Current assignee: Alfmeier Praezision SE
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-12-17
Also published as: DE102005060217B4

Abstract

The valve has lifters (13, 14) comprising ends (24) disposed in a pressure chamber. A shape memory alloy (SMA) unit (15) is immobilized by its ends on a base plate and median parts (38) of the lifters. The SMA unit makes an open angle with the base plate. A wall forming screen is provided between openings of the valve and the unit (15). The wall has an opening (42) in which ends (31) of the lifter pass.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, beispielsweise ein in der Pneumatik eingesetztes 2/2- oder 3/3-Wege-Ventil, welches ein einen Druckraum umschließendes Ventilgehäuse aufweist, wobei in den Druckraum wenigstens zwei Ventilöffnungen münden. Die Betätigung eines solchen Ventils kann mit Hilfe einer Formgedächtnislegierung erfolgen. Es handelt sich dabei um Legierungen, die abhängig von ihrer Temperatur in zwei unterschiedlichen Gefügezuständen vorkommen. Bei Raumtemperatur liegt ein martensitisches Gefüge vor, das sich bei kubisch flächenzentrierten Gitter einer bestimmten Grenztemperatur, etwa bei 80°C, in ein aus austenitisches Gefüge umwandelt. Ein Draht aus einer Formgedächtnislegierung verkürzt sich bei der Umwandlung in den austenitischen Zustand wobei er Arbeit leisten und etwa ein Ventilelement gegen die Wirkung eines Rückstellelements betätigen kann. Legierungen, die einen Formgedächtniseffekt aufweisen, sogenannte SMA (Shape Memory Alloys) sind vor allen Dingen Eisen-Basis-Legierungen, Kupfer-Basis-Legierungen und Nickel-Titan-Basis-Legierungen, wobei in dieser Reihenfolge die Größe des Formgedächtniseffekts zunimmt. Deswegen werden in Aktuatoren und Ventilen hauptsächlich NiTi-Legierungen eingesetzt.The The invention relates to a valve, for example one in pneumatics used 2/2 or 3/3-way valve, which is a pressure chamber enclosing valve housing has, wherein in the pressure chamber at least two valve openings lead. The operation Such a valve can with the help of a shape memory alloy respectively. These are alloys that are dependent on theirs Temperature occur in two different structural states. At room temperature lies a martensitic structure which is face-centered cubic Grid of a certain limit temperature, such as at 80 ° C, in a austenitic structure transforms. A shape memory alloy wire shortens in the transformation into the austenitic state where he works afford and about a valve element against the action of a return element actuate can. Alloys that have a shape memory effect, so-called SMA (Shape Memory Alloys) are above all iron-based alloys, Copper-based alloys and nickel-titanium based alloys, wherein in this order the size of the shape memory effect increases. That is why NiTi alloys are used in actuators and valves.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mit Hilfe eines SMA-Elements betätigtes Ventil so auszugestalten, dass die von einem SMA-Element erzeugte Betätigungskraft effektiv ausnutzbar ist, wobei gleichzeitig eine einfache Montage und eine exakte Steuerung der Ventilbetätigung ermöglicht sein soll.task The invention is an actuated by means of an SMA element valve be designed so that the actuation force generated by an SMA element effectively exploitable is at the same time a simple installation and precise control of the valve actuation allows should be.

Diese Aufgabe wird durch ein Ventil nach Anspruch 1 gelöst. Bei einem solchen Ventil sind in dem vom Ventilgehäuse umschlossenen Druckraum wenigstens ein eine Ventilöffnung steuernder, ein erstes und ein zweites Ende aufweisender, zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung axial beweglicher Stößel, wenigstens ein zur Betätigung des Stößels in Öffnungsrichtung dienendes draht- oder bandförmiges SMA-Element sowie ein zur Bewegung des Stößels in Schließrichtung dienendes Rückstellelement angeordnet. Der Stößel trägt an seinem ersten Ende ein eine Ventilöffnung verschließendes Dichtelement, wobei sein zweites Ende an einer sich quer zum Stößel erstreckenden, ebenfalls im Druckraum angeordneten Grundplatte axial geführt ist. Das SMA-Element ist mit seinen Enden an der Grundplatte und mit einem mittleren Abschnitt am Stößel fixiert, wobei die sich vom Stößel wegerstreckenden Schenkel des SMA-Elements einen sich zur Grundplatte öffnenden Winkel einschließen, wobei dieser Winkel prinzipiell beliebige Werte zwischen 0° und 180° einnehmen kann. Außerdem ist zwischen den Ventilöffnungen und dem SMA-Element eine Abschirmwand vorhanden, in der wenigstens eine von dem ersten Ende des Stößels durchgriffene Öffnung vorhanden ist.These Task is solved by a valve according to claim 1. at Such a valve are in the pressure chamber enclosed by the valve housing at least one a valve opening controlling, having a first and a second end, between a closed position and an open position axially movable plunger, at least one for operation of the plunger in the opening direction serving wire or ribbon SMA element as well a to move the plunger in closing direction serving return element arranged. The pestle carries on his first end a valve opening occlusive Sealing element, wherein its second end extending at a transverse to the plunger, also arranged in the pressure chamber base plate is guided axially. The SMA element is with its ends on the base plate and with a middle section fixed on the ram, the ones extending away from the plunger Legs of the SMA element one opening to the base plate Include angle, this angle in principle take any values between 0 ° and 180 ° can. Furthermore is between the valve openings and the SMA element has a shielding wall in which at least there is an opening through the first end of the plunger is.

Dadurch, dass der Stößel gemeinsam mit einem ihn betätigenden SMA-Element innerhalb des Ventil-Druckraums angeordnet ist, sind die Betätigungskräfte für den Stößel verringert. Wie eingangs erwähnt, münden die Ventilöffnungen des Ventils in den Druckraum, so dass sich dort je nach Aufgabenstellung gegenüber der Atmosphäre ein Über- oder Unterdruck ausbildet. Würde sich das SMA-Element außerhalb des Druckraums, also in einem Bereich des Ventils befinden, der unter Atmosphärendruck steht, müsste der Stößel über eine druckdichte Durchführung eine Gehäusewand durchsetzen, damit sein erstes, ein Dichtelement tragendes Ende im Druckraum mit einer Ventilöffnung zusammenwirken könnte. Eine solche druckdichte Durchführung des Stößel durch eine Gehäusewand erfordert erhöhte Betätigungskräfte für den Stößel, die sich einerseits aufgrund einer erhöhten Reibung und andererseits aufgrund eines Druckunterschieds zwischen Druckraum und Atmosphäre ergeben können. Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung sowohl des SMA-Elements als auch des Stößels innerhalb des Druckraums ist dieser Nachteil umgangen. Ein zur Betätigung des Stößels dienendes SMA-Element kann daher schwächer ausgelegt werden, was insbesondere auch einer feinfühligeren Ventilsteuerung zu Gute kommt.Thereby, that the pestle is common with a press SMA element is disposed within the valve pressure chamber are reduces the actuating forces for the plunger. As mentioned at the beginning, flow the valve openings of the valve in the pressure chamber, so that there depending on the task across from the atmosphere an over- or forms negative pressure. Would the SMA element is outside the pressure chamber, ie in a region of the valve, the is under atmospheric pressure, should the pestle over one pressure tight execution one housing wall enforce, so its first, a sealing element bearing end in the pressure chamber with a valve opening could work together. Such a pressure-tight implementation through the plunger a housing wall requires increased actuation forces for the plunger, the on the one hand due to increased friction and on the other due result in a pressure difference between the pressure chamber and the atmosphere can. In an inventive arrangement both the SMA element and the plunger within the pressure chamber this disadvantage is bypassed. A serving for actuating the plunger SMA element can therefore be weaker be interpreted, which in particular a more sensitive Valve control benefits.

Ein während des Betriebes des Ventils den Druckraum durchströmendes, ein SMA-Element ungehindert beaufschlagendes Medium stört durch Kühleffekte eine für eine vorgesehene Verkürzung des SMA-Elements erforderliche Erwärmung. Ein reproduzierbares Ansteuern einer Sollposition des Stößels wäre dann nicht mehr oder allenfalls mit einem hohen regelungstechnischen Aufwand möglich.One while the operation of the valve through the pressure chamber, an SMA element unhindered disturbing medium by cooling effects one for a foreseen shortening of the SMA element required heating. A reproducible driving a target position of the plunger would be no more or at most with a high control technology Effort possible.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ventils besteht darin, dass aufgrund der V-förmigen Anordnung des SMA-Elements eine Weguntersetzung erreichbar ist, was sich insbesondere günstig auf die erreichbaren Lastspielzahlen auswirkt.One Another advantage of the valve according to the invention is that due to the V-shaped arrangement of the SMA element a way reduction is achievable, which in particular low on affects the achievable load cycles.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Abschirmwand im Wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche des Druckraums überdeckt. Dadurch ist gewährleistet, dass ein Anströmen des SMA-Elements mit Sicherheit verhindert ist. Außerdem bietet eine derart ausgestaltete Abschirmwand auch einen mechanischen Schutz insbesondere bei der Montage des Ventils, wie weiter unten noch gezeigt wird. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Abschirmwand und die Grundplatte an einem mittleren Bereich miteinander verbunden sind. Wie oben erwähnt, ist ein Stößel an der Grundplatte geführt. Dies kann auf einfache Weise dadurch bewerkstelligt werden, dass in dieser eine Öffnung vorhanden ist, die vom zweiten Ende des Stößels durchgriffen ist. Eine solche Öffnung schwächt die Stabilität der Grundplatte. Die erwähnte Fixierung der Abschirmwand an der Grundplatte wirkt einer solchen Schwächung entgegen. Vorzugsweise ist die Abschirmwand nicht nur in einem mittleren Bereich, sondern auch im Bereich der Enden des SMA-Elements an der Grundplatte fixiert. Aus Abschirmwand und Grundplatte ist somit ein stabiles Bauteil geschaffen, das einen mechanischen Schutz für das SMA-Element bietet und außerdem gewährleistet, dass sich eine einmal eingestellte Vorspannung und die Geometrie des SMA-Elements nicht verändern.In a preferred embodiment, it is provided that the shielding wall covers substantially the entire cross-sectional area of the pressure chamber. This ensures that the flow of the SMA element is prevented with certainty. In addition, such a shield wall also provides a mechanical protection, in particular during assembly of the valve, as will be shown below. A further advantageous embodiment provides that the shielding wall and the base plate are connected to one another at a central region. As mentioned above, a plunger is guided on the base plate. This can be accomplished in a simple manner by having an opening in it which extends from the second end of the Pestle is penetrated. Such an opening weakens the stability of the base plate. The mentioned fixation of the shielding wall on the base plate counteracts such weakening. Preferably, the shield is fixed not only in a central region, but also in the region of the ends of the SMA element to the base plate. Shielding wall and base plate are thus a stable component created that provides mechanical protection for the SMA element and also ensures that once a set bias and the geometry of the SMA element does not change.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Abschirmwand und eine die Ventilöffnungen aufweisende Wand des Ventilgehäuses jeweils aus zwei Teilabschnitten gebildet, die eine den Schenkeln der SMA-Elemente entsprechende Winkelstellung zueinander aufweisen. Dadurch ist gewährleistet, dass die Abschirmwand sich in einem stets gleichbleibend geringen Abstand zum SMA-Element befindet und dadurch ihre Schutzfunktion besonders gut entfalten kann. Außerdem ergibt sich aus den genannten Ausgestaltungen eine kompakte, material- und Bauraum einsparende Bauweise.at In another preferred embodiment, the shielding wall and one the valve openings having wall of the valve housing each formed of two sections, the one legs the SMA elements have corresponding angular position to each other. This ensures that that the shielding wall is always in a consistently low Distance to the SMA element and thus its protective function can develop particularly well. It also follows from the mentioned embodiments a compact, material and space saving Construction.

Die Führung des Stößels erfolgt, wie oben schon angedeutet, dadurch, dass dessen zweites Ende eine Öffnung in der Grundplatte durchgreift. Das zweite Ende des Stößels ist somit, wie das erste Ende auch, auf einfach zu bewerkstelligende Weise axial beweglich gelagert. Die Rückstellung des Stößels nach einer Betätigung durch das SMA-Element erfolgt vorzugsweise durch eine den Stößel umgreifende Schraubendruckfeder.The guide the plunger takes place, as already indicated above, in that its second end has an opening in the base plate passes through. The second end of the pestle is thus, like the first end too, easy to do Way mounted axially movable. The provision of the plunger after an operation through the SMA element is preferably carried out by a plunger enclosing Helical compression spring.

Eine die Fixierung des SMA-Elements am Stößel vereinfachende Ausgestaltung sieht vor, dass der Stößel zwei separate, miteinander verbindbare, etwa ineinander steckbare Längsabschnitte aufweist, welche den mittleren Abschnitt des SMA-Elements zwischen sich aufnehmen. Das SMA-Element kann somit bei der Montage zunächst über die Stirnseite des einen Längsabschnitts geführt und mit seinen Enden an der Grundplatte fixiert werden. Der Stößel wird dann komplettiert, indem der andere Längsabschnitt mit dem bereits vormontierten, das SMA-Element haltenden Längsabschnitt verbunden, etwa darauf aufgesteckt wird. Problematisch bei der Montage des SMA-Elements ist weiterhin, dass dieses mit einer exakt mit der Rückstellkraft des Rückstellelements abgestimmten Vorspannung an der Grundplatte fixiert werden muss. Eine solche Montage ist bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dadurch gewährleistet, dass die Enden des SMA-Elements jeweils durch ein Crimpelement gehalten sind, welches an der Grundplatte fixiert ist. Durch diese Ausgestaltung ist, wie weiter unten noch näher erläutert wird, eine einfache Montage des SMA-Elements bei exakter Vorspannung möglich.A the fixation of the SMA element on the plunger simplistic design provides that the plunger two separate longitudinal sections which can be connected to each other and can be plugged into one another having the middle portion of the SMA element between to record oneself. The SMA element can thus initially during assembly over the Front side of a longitudinal section guided and be fixed with its ends to the base plate. The pestle will then completed by the other longitudinal section with the already pre-assembled, the SMA-element holding longitudinal section connected, about it is plugged. Problematic when mounting the SMA element is still that this with a precise with the restoring force of the return element tuned preload must be fixed to the base plate. Such an assembly is in a further preferred embodiment thereby ensuring that each end of the SMA element is held by a crimping element are, which is fixed to the base plate. By this configuration is, as further below explained a simple installation of the SMA element with exact preload possible.

Als eine einfache Möglichkeit zur Steuerung des Stößels ist an der Grundplatte ein mit diesem zusammenwirkender Endschalter angeordnet. Ein solches Ventil weist dementsprechend eine Auf/Zu-Funktion auf und ist für einfach gelagerte Anwendungsfälle einsetzbar. Eine Steuerung von Zwischenpositionen, welche ein genaues Ermitteln der Drahtverkürzung bzw. der Position des Stößels erfordert, kann beispielsweise mit Potentiometer-Baugruppen oder Hallsensor-Baugruppen bewerkstelligt werden. Für derartige und auch sonstige Steueraufgaben vorgesehene elektrische und/oder elektronische Bauteile sind bei einer bevorzugten Ausgestaltung auf der Grundplatte selbst angeordnet, d.h. diese bildet einen mit den genannten Bauteilen bestückte Platine.When an easy way to control the plunger is on the base plate a cooperating with this limit switch arranged. Such a valve accordingly has an open / close function up and is for simply stored applications used. A control of intermediate positions, which is an exact Determine the wire shortening or the position of the plunger requires For example, with potentiometer assemblies or Hall sensor assemblies be accomplished. For Such and other control tasks provided electrical and / or electronic components are in a preferred embodiment arranged on the base plate itself, i. this forms one with equipped the said components Circuit board.

Im Hinblick auf die oben schon erwähnte effektive Kraftausnutzung ist es vorteilhaft, wenn die Schenkel des SMA-Elements einen Winkel von 130° bis 160° einschließen. Eine derartige Anordnung ergibt eine Wegüber- und eine Kraftuntersetzung. Es ist etwa eine Auslegung denkbar, bei welcher das SMA-Element eine Längenänderung von nur ca. 0,3% vollzieht, wobei eine theoretische Längenänderung von bis zu 6% möglicht wäre. Eine derart moderate Längenänderung wirkt sich positiv auf die erreichbaren Lastspielzahlen aus. Je größer nämlich die Längenänderung ist, desto geringer ist die Haltbarkeit eines SMA-Elements. Die V-förmige Ausrichtung der Schenkel des SMA-Elements ergibt eine Kraftuntersetzung. Bei einer beispielsweise für NiTi-Drähte maximal zulässigen Zugspannung von 70 N/mm² können aber ausreichende Kraftkomponenten in Axialrichtung des Stößels erreicht werden. Eine Optimierung der genannten Effekte kann dadurch erreicht werden, dass ein Winkel zwischen 135° und 155° insbesondere ein Winkel von etwa 145° eingehalten wird.In view of the above-mentioned effective power utilization, it is advantageous if the legs of the SMA element enclose an angle of 130 ° to 160 °. Such an arrangement results in a Wegüber- and a power reduction. It is about a design conceivable in which the SMA element undergoes a change in length of only about 0.3%, with a theoretical change in length of up to 6% would be possible. Such a moderate change in length has a positive effect on the achievable load cycle numbers. The larger the change in length, the lower the durability of an SMA element. The V-shaped alignment of the legs of the SMA element results in a force reduction. In a maximum allowable for NiTi wires tensile stress of 70 N / mm ² but sufficient force components can be achieved in the axial direction of the plunger. An optimization of the mentioned effects can be achieved by maintaining an angle between 135 ° and 155 °, in particular an angle of approximately 145 °.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The The invention will now be described with reference to the accompanying drawings explained in more detail. Show it:

1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines 3/3-Wegeventils in einer ersten Ansicht, 1 an exploded perspective view of a 3/3-way valve in a first view,

2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Ventils von 1 in einer zweiten Ansicht, 2 an exploded perspective view of the valve of 1 in a second view,

3 das Ventil von 1 in einem Vormontagezustand, in perspektivischer Darstellung, 3 the valve of 1 in a pre-assembly state, in perspective,

4 eine perspektivische Ansicht des Ventils von 1 im Endmontagezustand, 4 a perspective view of the valve of 1 in final assembly condition,

5 eine perspektivische Darstellung eines mehrere Einzelventile aufnehmenden Gehäuses einer Ventilanordnung. 5 a perspective view of a plurality of individual valves female housing a valve assembly.

Das in 1 bis 4 gezeigte Ventil umfasst ein Ventilgehäuse 1, das sich aus einer eine Zugangsöffnung 2 aufweisenden Gehäuseschale 3 und einem die Zugangsöffnung 2 verschließenden Boden 4 zusammensetzt. Die Trennfuge zwischen dem Boden 4 und der Gehäuseschale 3 ist so gestaltet, dass sie druckdicht ist. Das Ventilgehäuse 1, das im Wesentlichen etwa quaderförmig ausgebildet ist, weißt auf seiner dem Boden 4 abgewandten Seite, die im Folgenden in Bezug auf die Anordnung gemäß 1 als Oberseite 6 bezeichnet wird, einen mit einem Luftspeicher (nicht gezeigt) verbindbaren Verbraucheranschluss 7 sowie zwei steuerbare Anschlüsse, nämlich einen Druckanschluss 8 und einen Atmosphärenanschluss 9 auf. Die Anschlüsse 8 und 9 münden mit Ventilöffnungen 10 in den Druckraum 5. In 2 ist nur eine dieser Ventilöffnungen 10 sichtbar, nämlich die dem Druckanschluss 8 zugeordnete, während die Ventilöffnung 10 des Atmosphärenanschlusses 9, weil verdeckt durch eine Seitenwand 12 des Ventilgehäuses 1, nicht sichtbar ist. Im Druckraum 5 sind zwei die genannten Ventilöffnungen 10 steuernde Stößel 13, 14 sowie zwei zu deren Betätigung dienende SMA-Elemente 15, eine als mit elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen 16 bestückte Platine ausgebildete Grundplatte 17 sowie eine Abschirmwand 18 angeordnet. Die Grundplatte 17 und die Abschirmwand 18 sind im Querschnitt etwa recht eckig und sind so bemessen, dass sie passgenau in die Gehäuseschale 2 eingesetzt werden können. Die Grundplatte 17 und die Abschirmwand 18 weisen außerdem etwa die gleiche Länge auf. Die Abschirmwand 18 ist aus zwei Längsabschnitten 19a, b gebildet, welche miteinander einen zur Grundplatte hin geöffneten stumpfen Winkel α einschließen. Die Abschirmwand 18 ist an der Grundplatte 17 fixiert. Dazu stehen aus ihrer der Grundplatte zugewandten Seite Fixierstifte 20 vor, welche in Öffnungen (nicht dargestellt) in der Grundplatte einsteck- und fixierbar sind. Insgesamt 4 solcher Stifte 20a sind in einem mittleren Bereich der Abschirmwand 18 angeordnet, jeweils zwei Stifte 30b befinden sich an deren Enden.This in 1 to 4 shown valve includes a valve housing 1 that extends from an access opening 2 having housing shell 3 and one the access opening 2 closing ground 4 composed. The parting line between the floor 4 and the housing shell 3 is designed to be pressure tight. The valve housing 1 , which is essentially formed approximately cuboid, know on his the ground 4 opposite side, hereinafter referred to in the arrangement according to 1 as top 6 is designated, with a air reservoir (not shown) connectable consumer port 7 and two controllable ports, namely a pressure port 8th and an atmosphere connection 9 on. The connections 8th and 9 open with valve openings 10 in the pressure room 5 , In 2 is only one of these valve openings 10 visible, namely the pressure connection 8th assigned while the valve opening 10 the atmosphere connection 9 because hidden by a side wall 12 of the valve housing 1 , is not visible. In the pressure room 5 two are the valve openings mentioned 10 controlling pestles 13 . 14 and two SMA elements serving to actuate the same 15 , as with electronic and / or electrical components 16 assembled board formed base plate 17 and a shielding wall 18 arranged. The base plate 17 and the shielding wall 18 are approximately rectangular in cross-section and are dimensioned so that they fit into the housing shell 2 can be used. The base plate 17 and the shielding wall 18 also have about the same length. The shielding wall 18 is from two longitudinal sections 19a , b formed, which together include an open towards the base plate obtuse angle α. The shielding wall 18 is at the base plate 17 fixed. These stand from their base plate facing side fixing pins 20 which can be inserted and fixed in openings (not shown) in the base plate. All in all 4 such pens 20a are in a central area of the shielding wall 18 arranged, two pins each 30b are at the ends.

Die Stößel 13, 14 setzten sich aus zwei Längsabschnitten 22, 23 zusammen. Die Längsabschnitte 22, welche die ersten Enden 24 der Stößel 13, 14 bilden, sind als Hülsen ausgestaltet, wobei in diese stirnseitig ein Dichtelement 25 eingesetzt ist. Ein den Längsabschnitten 22 zugewandter Bereich 27 der Längsabschnitte 23 ist so bemessen, dass die hülsenförmigen Längsabschnitte 22 darauf aufsteckbar sind. Im Bereich 27 ist eine stirnseitige Nut 29 vorhanden, die sich in Richtung der Längserstreckung der Stößel 13, 14 bzw. in Axialrichtung 28 sowie in Längsrichtung der Grundplatte 17 erstreckt. An dem Bereich 27 schließt sich ein radial erweiterter Bereich 30 und an diesen wiederum ein radial verengter Bereich 32 an. Aus der Stirnseite des Bereiches 32 steht zentral ein Führungszapfen 33 vor. Der Führungszapfen 33 durchgreift im Montagezustand eine Führungshülse 34, welche ihrerseits jeweils in eine Öffnung 35 in der Grundplatte 17 eingesetzt ist. Die Stößel 13, 14 sind von einer Schraubendruckfeder 36 umfasst, welche sich einerseits an einem radial vorstehenden Flansch der Führungshülsen 34 und andererseits an dem radial erweiterten Bereich 30 der Stößel 13, 14 abstützt.The pestles 13 . 14 consisted of two longitudinal sections 22 . 23 together. The longitudinal sections 22 which are the first ends 24 the pestle 13 . 14 form, are designed as sleeves, in which the front side a sealing element 25 is used. One of the longitudinal sections 22 facing area 27 the longitudinal sections 23 is sized so that the sleeve-shaped longitudinal sections 22 can be plugged on it. In the area 27 is a frontal groove 29 present, extending in the direction of the longitudinal extent of the plunger 13 . 14 or in the axial direction 28 and in the longitudinal direction of the base plate 17 extends. At the area 27 closes a radially extended area 30 and to these in turn a radially narrowed area 32 at. From the front of the area 32 is centrally a guide pin 33 in front. The guide pin 33 passes through a guide sleeve in the assembled state 34 , which in turn each in an opening 35 in the base plate 17 is used. The pestles 13 . 14 are from a helical compression spring 36 comprises, on the one hand on a radially projecting flange of the guide sleeves 34 and, on the other hand, at the radially expanded area 30 the pestle 13 . 14 supported.

Die Stößel 13, 14 sind von den weiter oben schon erwähnten SMA-Elementen 15 betätigt. Diese sind Drähte aus einer NiTi-Legierung und weisen einen Durchmesser von 0,1 mm und eine Querschnittsfläche von 0,008 mm² auf. Die SMA-Elemente 15 liegen mit einem mittleren Abschnitt 38 in der Nut 29 eines Stößels 13, 14 ein. An den Enden der SMA-Elemente 15 sind Crimpelemente 39 fixiert, welche ihrerseits mit Fixierzapfen 40 in Öffnungen (nicht dargestellt) der Grundplatte 17 eingesteckt und dort fixiert, insbesondere angelötet sind.The pestles 13 . 14 are of the above-mentioned SMA elements 15 actuated. These are wires of a NiTi alloy and have a diameter of 0.1 mm and a cross-sectional area of 0.008 mm ² . The SMA elements 15 lie with a middle section 38 in the groove 29 a pestle 13 . 14 one. At the ends of the SMA elements 15 are crimping elements 39 fixed, which in turn with fixing pins 40 in openings (not shown) of the base plate 17 plugged in and fixed there, in particular soldered.

Zur Montage der SMA-Elemente 15 an der Grundplatte 17 werden zunächst an dieser die Crimpelemente fixiert. Die SMA-Elemente werden mit ihrem mittleren Abschnitt 38 in die Nuten 29 der Stößel 13, 14 eingelegt. Die SMA-Elemente 15 weisen zunächst noch eine größere Länge auf als dies dem Endzustand entspricht. Die Endabschnitte der SMA-Elemente 15 werden nun in die Crimpelemente eingelegt und die aus den Crimpelementen herausragenden Überstände der SMA-Elemente mit einer in ihrer Längsrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt. Sobald die vorgegebene Vorspannung der SMA-Elemente 15 erreicht ist, werden die Crimpelemente seitlich zusammengepresst und der Draht darin fest geklemmt. Nach Ablängen der überstehenden Drahtenden wird schließlich die Abschirmwand 18, wie weiter oben schon beschrieben, an der Grundplatte 17 fixiert. Die die Dichtelemente 25 tragenden ersten Enden 24 der Stößel 13, 14 durchgreifen Öffnungen 42 in einem mittleren Abschnitt 43 der Abschirmwand 18.For mounting the SMA elements 15 at the base plate 17 First, the crimping elements are fixed to this. The SMA elements come with their middle section 38 into the grooves 29 the pestle 13 . 14 inserted. The SMA elements 15 initially have a greater length than this corresponds to the final state. The end sections of the SMA elements 15 are now inserted into the crimping elements and applied to the protruding from the crimping protrusions of the SMA elements with a force acting in its longitudinal direction force. Once the predetermined bias of the SMA elements 15 is reached, the crimping elements are pressed together laterally and the wire is clamped therein. After cutting the protruding wire ends, the shielding wall finally becomes 18 , as already described above, on the base plate 17 fixed. The the sealing elements 25 carrying first ends 24 the pestle 13 . 14 pass through openings 42 in a middle section 43 the shielding wall 18 ,

Mit der Unterseite der Grundplatte 17 ist ein Drucksensor 45 mechanisch und elektrisch verbunden. Weiterhin ist im Bereich der Öffnungen 35 jeweils ein Endschalter 46 unterseits an der Grundplatte 17 angeordnet, welcher von den die zweiten Enden 31 der Stößel 13, 14 bildenden Führungszapfen 33 betätigbar ist. Die Endschalter 46 sind durch eine unterseits an die Grundplatte 17 angesetzte Abdeckplatte 47 geschützt. Der Boden 4 des Ventilgehäuses 1 weist eine den Drucksensor 45 aufnehmende Ausmuldung 48 auf. Oberseits an der Grundplatte 17 sind elektrische Kontaktstifte 49 fixiert, welche die Abschirmwand 18 durchsetzen. Die Kontaktstifte 49 durchsetzen ebenfalls die die Oberseite 6 der Gehäuseschale 3 bildende Wand 50 und ragen in ein an diese angesetztes Steckergehäuse 52 hinein. Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, bildet die Abschirmwand 18 mit der Grundplatte 17 und den daran fixierten Einbauten ein praktisch vollständig funktionsfähiges Bauteil bzw. Modul 53, das in Ventilgehäuse unterschiedlicher Ausgestaltung und in unterschiedlicher Anzahl einsetzbar ist. Ausgehend von dem in 3 gezeigten Vormontagezustand wird das Modul 53 in die Gehäuseschale 3 eingesetzt und diese anschließend mit dem Boden 4 verschlossen. Die Wand 50 der Gehäuseschale 3 weist zwei Wandbereiche 54 auf, die einen dem Winkel α entsprechenden Winkel einschließen. Die Wandbereiche 54 schließen einen etwa parallel zur Grundplatte 17 verlaufenden Mittelabschnitt 55 zwischen sich ein, der im Montagezustand an dem mittleren Abschnitt 43 der Abschirmwand 18 anliegt. Die Dichtelemente 25 werden dabei von den Schraubendruckfedern 36 gegen die Ventilöffnungen 10 bzw. gegen diese umgrenzende Ventilsitze 56 (2) gedrückt.With the underside of the base plate 17 is a pressure sensor 45 mechanically and electrically connected. Furthermore, in the area of the openings 35 one limit switch each 46 underneath on the base plate 17 arranged, which of the second ends 31 the pestle 13 . 14 forming guide pin 33 is operable. The limit switches 46 are by one below the base plate 17 attached cover plate 47 protected. The floor 4 of the valve housing 1 has a pressure sensor 45 receiving toleration 48 on. Upper side on the base plate 17 are electrical contact pins 49 fixed, which the shielding wall 18 push through. The contact pins 49 also enforce the top 6 the housing shell 3 forming wall 50 and protrude into an attached to this connector housing 52 into it. In particular 3 can be seen, forms the shield 18 with the base plate 17 and the fixtures fixed thereto a virtually completely functional component or module 53 , which can be used in valve housing of different design and in different numbers. Starting from the in 3 shown pre-assembly state is the module 53 in the housing shell 3 used and then with the ground 4 locked. The wall 50 the housing shell 3 has two wall areas 54 on, which include an angle corresponding to the angle α. The wall areas 54 close one approximately parallel to the base plate 17 extending middle section 55 between them, in the assembled state at the middle section 43 the shielding wall 18 is applied. The sealing elements 25 be from the helical compression springs 36 against the valve openings 10 or against these bounding valve seats 56 ( 2 ).

Wie 1 und 2 deutlich zu entnehmen ist, schließen die sich von den Stößeln 13, 14 weg erstreckenden Schenkel 57 der SMA- Elemente einen sich zur Grundplatte 17 öffnenden Winkel β von etwa 145° ein, welcher etwa dem Winkel α der Abschirmwand 18 entspricht. Die winkelige bzw. V-förmige Anordnung der SMA-Elemente 15 bewirkt eine Wegübersetzung. So bewirkt beispielsweise eine Längenänderung eines SMA-Elements 15 von 0,1 mm eine Bewegung eines Stößels 13, 14 in Axialrichtung 28, um 0,4 mm. Hinsichtlich der von den SMA-Elementen ausgeübten Kraft bei deren Kontraktion ergibt sich aufgrund der winkeligen Anordnung eine Kraftuntersetzung. Eine in Längsrichtung der SMA-Elemente 15 wirkende Kraft von 1 N ergibt etwa eine Kraft in Axialrichtung von 0,6 N.As 1 and 2 can be clearly seen, close to the ram 13 . 14 away extending thighs 57 the SMA elements become one to the base plate 17 opening angle β of about 145 °, which is about the angle α of the shield 18 equivalent. The angular or V-shaped arrangement of the SMA elements 15 causes a path translation. For example, causes a change in length of an SMA element 15 of 0.1 mm a movement of a plunger 13 . 14 in the axial direction 28 to 0.4 mm. With regard to the force exerted by the SMA elements during their contraction results due to the angular arrangement, a force reduction. One in the longitudinal direction of the SMA elements 15 acting force of 1 N gives approximately a force in the axial direction of 0.6 N.

Bei dem in den Abbildungen 1 bis 4 gezeigten Ventilen handelt es sich um ein 3/3-Wegeventil, d.h. es besitzt drei Anschlüsse, im vorliegenden Fall also einen Druckanschluss 8, einen Verbraucheranschluss 7 und einen Atmosphärenanschluss 9. Soll ein an den Verbraucheranschluss 8 angeschlossener Verbraucher, etwa ein Luftkissen eines Fahrzeugsitzes befüllt werden, wird das dem Stößel 14 zugeordnete SMA-Element 15 bestromt, wodurch sich dieses verkürzt. Der Stößel 14 wird dadurch von der mit dem Verbraucheranschluss 8 kommunizierenden Ventilöffnung 10 abgehoben und eine Verbindung zwischen Druckluftquelle und Verbraucher hergestellt. Soll der Verbraucher entlüftet werden, wird das SMA-Element 15 des Stößels 14 deaktiviert, d.h. es befindet sich im stromlosen Zustand, wodurch der Stößel 14 durch die Schraubendruckfeder 36 in seine Ausgangslage zurückgestellt wird, in der das Dichtelement 25 den Druckanschluss 8 verschließt. Durch Bestromung des dem Stößel 13 zugeordneten SMA-Elements 15 wird dieses in seine Öffnungsstellung bewegt und eine Verbindung zwischen dem Atmosphärenanschluss und dem Verbraucheranschluss 7 hergestellt. Um die Geräuschentwicklung beim Entlüften möglichst gering zu halten, ist in den Verbraucheranschluss 9 ein Dämpfungselement 54 eingesetzt. Für vereinfachte Anwendungsfälle kann die Steuerung der Bestromung der SMA-Elemente 15 über die Endschalter 46 bewerkstelligt werden. Die Endschalter 46 werden von den zweiten Enden 31 der sich in ihrer Öffnungsstellung befindlichen Stößel 13, 14 betätigt und dadurch der Versorungsstromkreis für die SMA-Elemente 15 unterbrochen. Mit Hilfe der elektronischen Bauteile 16 ist jedoch auch eine digitale Steuerung von beliebigen Zwischenstellungen der Stößel 13, 14 realisierbar, so dass das Ventil nach Art eines Stromregelventils betrieben werden kann. Im gesamten Druckraum 5 herrscht der jeweils aktuelle Systemdruck vor. Mit dem an der Druckplatte 17 angeordneten Drucksensor 45 kann dieser detektiert werden und dadurch voreingestellte Befüllungsgrade im Sinne einer Memory-Funktion angesteuert werden. Durch den relativ großen Winkel β, den die Schenkel 57 der SMA-Elemente 15 einschließen, werden große Drahtbiegungen, welche die Lebensdauer der SMA-Elemente verringern würden, vermieden. Die NiTi-Drähte sind bei vorgegebenen zeitlichen Verhalten des Systems, die Schaltzeiten liegen bei ca. 200 ms (bei Raumtemperatur), optimal geeignet für kurze Linear-Verfahrwege von 0 bis 0,5 mm und für Kräfte, die sich im Bereich von 0 bis 1,5 N bewegen, geeignet. Die Wärmekapazität des NiTi-Drahtes ist bei einer Dicke von ca. 0,08 bis 0,1 mm extrem gering, so dass ein flinkes Verhalten des Gesamtsystems gewährleistet ist. Um eine Steuerung unabhängig von der Außentemperatur zu gewährleisten, sind entsprechende elektronische Bauteile auf der Grundplatte 17 vorgesehen, welche eine Temperaturkompensation des Heizstroms für die SMA-Elemente im Bereich von –40°C bis +80°C gewährleisten.In the one in the pictures 1 to 4 shown valves is a 3/3-way valve, ie it has three ports, in the present case, therefore, a pressure port 8th , a consumer connection 7 and an atmosphere connection 9 , Should one to the consumer connection 8th connected consumer, about an air cushion of a vehicle seat to be filled, which is the plunger 14 assigned SMA element 15 energized, which shortens this. The pestle 14 This is by the consumer connection 8th communicating valve opening 10 lifted and made a connection between compressed air source and consumer. If the consumer is to be vented, the SMA element 15 of the plunger 14 deactivated, ie it is in the de-energized state, causing the plunger 14 by the helical compression spring 36 is returned to its original position, in which the sealing element 25 the pressure connection 8th closes. By energizing the plunger 13 assigned SMA element 15 this is moved into its open position and a connection between the atmosphere port and the consumer port 7 produced. In order to keep the noise during venting as low as possible, is in the consumer connection 9 a damping element 54 used. For simplified applications, the control of the energization of the SMA elements 15 over the limit switches 46 be accomplished. The limit switches 46 be from the second ends 31 the located in its open position ram 13 . 14 operated and thereby the supply circuit for the SMA elements 15 interrupted. With the help of electronic components 16 However, it is also a digital control of any intermediate positions of the plunger 13 . 14 feasible, so that the valve can be operated in the manner of a flow control valve. In the entire pressure room 5 the prevailing system pressure prevails. With the on the pressure plate 17 arranged pressure sensor 45 this can be detected and thereby default filling levels are addressed in the sense of a memory function. Due to the relatively large angle β, the legs 57 the SMA elements 15 Include large wire bends, which would reduce the life of the SMA elements are avoided. The NiTi wires are at given temporal behavior of the system, the switching times are about 200 ms (at room temperature), optimally suited for short linear travels from 0 to 0.5 mm and for forces ranging from 0 to Move 1.5 N, suitable. The heat capacity of the NiTi wire is extremely small at a thickness of about 0.08 to 0.1 mm, so that a nimble behavior of the entire system is ensured. In order to ensure control regardless of the outside temperature, corresponding electronic components are on the base plate 17 provided, which ensure a temperature compensation of the heating current for the SMA elements in the range of -40 ° C to + 80 ° C.

In 5 ist ein Ventilgehäuse 1a einer Ventilanordnung, genauer dessen Gehäuseschale 3a, gezeigt. Der von der Gehäuseschale 3a umgrenzte Druckraum ist durch Trennwände 59 in mehrere Teilräume 60 unterteilt, die jeweils ein Modul 53 aufnehmen. Bei der Gehäuseschale 3a der 5 sind Durchbrechungen 58 erkennbar, welche auch bei der Gehäuseschale 3 des Ventils von 1 bis 4 vorhanden sind. Die Durchbrechungen 58 sind im Montagezustand von den Kontaktstiften 49 durchgriffen. Am Ventilgehäuse 3a sind Anschlüsse 62 vorhanden, welche entsprechend der jeweiligen Funktion einer Ventilanordnung mit Druckluft beaufschlagbar oder mit einem Verbraucher oder der Atmosphäre verbindbar sind.In 5 is a valve housing 1a a valve assembly, more specifically the housing shell 3a , shown. The of the housing shell 3a circumscribed pressure chamber is by partition walls 59 into several subspaces 60 divided, each one module 53 take up. At the housing shell 3a of the 5 are breakthroughs 58 recognizable, which also in the case shell 3 of the valve of 1 to 4 available. The breakthroughs 58 are in the assembled state of the contact pins 49 penetrated. At the valve housing 3a are connections 62 present, which can be acted upon according to the respective function of a valve arrangement with compressed air or connectable to a consumer or the atmosphere.

Claims

Valve with a valve housing ( 1 ), which has a pressure chamber ( 5 ) and at least two into the pressure chamber ( 5 ) opening valve openings ( 10 ), wherein in the pressure chamber ( 5 ) at least one a valve opening ( 10 ) controlling, a first and a second end ( 24 . 31 ) exhibiting, between a closed position and an open position axially movable plunger ( 13 . 14 ) and at least one for actuating the plunger in the opening direction serving wire or ribbon-shaped SMA element ( 15 ) of a shape memory alloy and a movement of the plunger ( 13 . 14 ) are arranged in the closing direction return element, with the following further embodiment: - the plunger ( 13 . 14 ) carries at its first end ( 24 ) a valve opening ( 10 ) sealing sealing element ( 25 ), with its second end ( 31 ) on a transversely to the ram ( 13 . 14 ), also in the pressure room ( 5 ) arranged base plate ( 17 ) is guided axially, - the SMA element ( 15 ) is with its ends on the base plate ( 17 ) and with a middle section ( 38 ) on the plunger ( 13 . 14 ), wherein the leg extending away from the plunger ( 57 ) of the SMA element ( 15 ) one to the base plate ( 17 ) include an opening angle (β), - between the valve openings ( 10 ) and the SMA element ( 15 ) is a shielding wall ( 18 ) in which at least one of the first ends ( 24 ) of the plunger ( 13 . 14 ) through opening ( 42 ) is available.

Valve according to claim 1, characterized in that the shielding wall ( 18 ) substantially the entire cross-sectional area of the pressure space ( 5 ) covered.

Valve according to claim 1 or 2, characterized in that the shielding wall ( 18 ) and the base plate ( 17 ) are interconnected at their middle regions.

Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the shielding wall ( 18 ) in the region of the ends of the SMA element ( 15 ) on the base plate ( 17 ) is fixed.

Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the shielding wall ( 18 ) and one the valve openings ( 10 ) wall ( 50 ) of the valve housing ( 1 ) each of two wall areas ( 19a . 19b . 54 ) are formed, one of the thighs ( 57 ) of the SMA elements ( 15 ) have corresponding angular position to each other.

Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the base plate ( 17 ) at least one opening ( 35 ) extending from the second end ( 31 ) of a pestle ( 13 . 14 ) is penetrated.

Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the return element comprises a plunger engaging around the helical compression spring ( 36 ).

Valve according to one of the preceding claims, characterized in that a plunger ( 13 . 14 ) two separate, interconnectable longitudinal sections ( 22 . 23 ), which covers the middle section ( 38 ) of the SMA element ( 15 ) between them.

Valve according to claim 8, characterized in that that of the SMA element ( 15 ) in the opening direction acted upon longitudinal section ( 23 ) an end groove ( 29 ) for receiving the SMA element ( 15 ) having.

Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the ends of the SMA element in each case by a crimping element ( 39 ), which on the base plate ( 17 ) is fixed.

Valve according to one of the preceding claims, characterized in that on the base plate ( 17 ) one with a pestle ( 13 . 14 ) cooperating limit switch ( 46 ) is arranged.

Valve according to claim 11 in conjunction with claim 6, characterized in that the limit switch ( 46 ) on the SMA element ( 15 ) facing away from the base plate ( 17 ) is arranged and from which the opening ( 35 ) of the base plate ( 17 ) sweeping second end ( 31 ) of the plunger ( 13 . 14 ) is actuated.

Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the base plate ( 17 ) one with electrical and / or electronic components ( 16 ) is populated board.

Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the limbs of the SMA element ( 15 ) enclose an angle of 130 ° to 160 °.

Valve according to claim 14, characterized that the legs enclose an angle of 135 ° to 155 °.

Valve according to claim 15, characterized by a Angle of 145 °.

Valve arrangement consisting of several, each according to one of the preceding claims stalten valves is formed.