DE102013220557A1

DE102013220557A1 - Ventilanordnung für eine Vorrichtung zum pneumatischen Befüllen und Entleeren von Blasen

Info

Publication number: DE102013220557A1
Application number: DE201310220557
Authority: DE
Inventors: Michael Beuschel; Markus Ziegelmeier; Mehmet Cini; Gerhard Berghoff
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Es wird eine elektromagnetische Ventilanordnung (1) für eine Vorrichtung zum pneumatischen Befüllen und Entleeren von Blasen in einem Sitz eines Verkehrsmittels, insbesondere in einem Kraftfahrzeugsitz, vorgeschlagen. Diese umfasst zumindest ein elektromagnetisches Stellelement (16) mit jeweils einem Anker (17), einem Joch (18) und einer Spule (22) sowie zumindest ein Ventil (27) mit jeweils einer Düsenöffnung (28), einem Dichtelement (29), das mit dem Anker (17) gekoppelt ist, und einem Dichtsitz (30). Das jeweilige Ventil (27) ist in einer ersten Schaltstellung geöffnet und verbindet einen Kanal (5) mit einer Ventilkammer (37), und trennt in einer zweiten Schaltstellung den Kanal von der Ventilkammer (37). Der Anker (17) ist als Klappanker ausgebildet, der in der ersten Schaltstellung nur einseitig einen Luftspalt zu dem Joch (18) aufweist und der über eine als Kipphebel (31) ausgebildete Umlenkeinheit mit dem Dichtelement (29) derart gekoppelt ist, dass eine Längsachse der Spule (22) des Stellelements (16) und eine Längsachse des Ventils (27) in einem im Wesentlichen senkrechten Winkel zueinander angeordnet sind.

Description

In Verkehrsmitteln und insbesondere in Kraftfahrzeugen werden in zunehmendem Umfang pneumatisch befüllbare elastische Kissen bzw. Blasen zur Formung von Sitzkonturen oder für weitere Funktionalitäten, wie z.B. zur Massage, verwendet.
Zur Steuerung der Druckluftströme zum Befüllen bzw. Entleeren der Blasen werden einzelne oder zu Gruppen verbundene Ventile verwendet. Die Herstellung der Einzelkomponenten und die Montage entsprechender Ventilbaugruppen sollte kostengünstig, in hoher Stückzahl und skalierbar (d.h. unterschiedliche Anzahl von Ventilen) möglich sein. Ferner ist in Folge der zunehmenden Funktionalität in Verkehrsmitteln der benötigte Bauraum und das Gewicht möglichst gering zu halten. Aus Gründen der Energieeffizienz und der Verfügbarkeit ist die Leistungsaufnahme möglichst gering zu halten.
Aus dem Stand der Technik sind zur Befüllung von Blasen Ventile in der Form von elektromechanischen Stellelementen, wie z.B. elektromagnetischen oder piezokeramischen Stellelementen, bekannt. Diese Stellelemente, die in der Regel als 3/2-Ventile bzw. 3/3-Ventile aufgebaut sind, werden auf Leiterplatten verbaut und über Druckverteiler mit Drucksensoren und pneumatischen Außenanschlüssen verbunden.
Die bekannten elektromagnetischen Stellelemente zum Befüllen bzw. Entleeren von Blasen weisen den Nachteil auf, dass sie vergleichsweise hohe Verlustleistungen und daraus resultierend einen großen Bauraum sowie ein hohes Materialgewicht der Wicklung und der Bauteile des magnetischen Kreises aufweisen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ventilanordnung für eine Vorrichtung zum pneumatischen Befüllen und Entleeren von Blasen in einem Sitz eines Verkehrsmittels und eine solche Vorrichtung zu schaffen, welche baulich und/oder funktional verbessert ist, und insbesondere bei einfachem Aufbau und kompakten Abmaßen eine geringe Verlustleistung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Ventilanordnung gemäß Patentanspruch 1 und die Vorrichtung gemäß Anspruch 18 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung wird in einer Vorrichtung zum pneumatischen Befüllen bzw. Entleeren von Blasen in einem Sitz eines Verkehrsmittels, wie z.B. in einem Kraftfahrzeug, einem Schienenfahrzeug, einem Flugzeug, einem Schiff und dergleichen, eingesetzt. Vorzugsweise wird die Vorrichtung zum Befüllen bzw. Entleeren von Blasen eines Kraftfahrzeugsitzes eingesetzt. Die Anzahl der Blasen im Sitz kann je nach Ausgestaltung der Vorrichtung unterschiedlich sein. Es können z.B. zwischen zwei und 20 Blasen oder mehr vorgesehen sein, die durch eine oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Ventilanordnungen befüllt oder entleert werden.
Die Ventilanordnung umfasst zumindest ein elektromagnetisches Stellelement und zumindest ein Ventil. Das Stellelement weist jeweils einen Anker, ein Joch und eine Spule auf. Das Ventil weist jeweils eine Düsenöffnung, ein Dichtelement, das mit dem Anker gekoppelt ist, und einen Dichtsitz auf. Das jeweilige Ventil ist in einer ersten Schaltstellung geöffnet und verbindet einen Kanal mit einer Ventilkammer. In einer zweiten Schaltstellung trennt das jeweilige Ventil den Kanal von der Ventilkammer. Der Kanal kann an eine Druckversorgung oder einen Druckspeicher angeschlossen sein. Der Kanal kann auch an eine der genannten Blasen angeschlossen sein. Ebenso kann der Kanal mit der Umgebung verbunden sein.
Erfindungsgemäß ist der Anker als Klappanker ausgebildet, der in der ersten Schaltstellung nur einseitig einen Luftspalt zu dem Joch aufweist und der über eine als Kipphebel ausgebildete Umlenkeinheit mit dem Dichtelement derart gekoppelt ist, dass eine Längsachse der Spule des Stellelements und eine Längsachse des Ventils in einem im Wesentlichen senkrechten Winkel zueinander angeordnet sind.
Der Ventilanordnung liegt die Überlegung zu Grunde, dass die Gestalt eines elektromagnetischen Stellelements maßgeblich durch dessen Verlustleistung bestimmt ist. Die Verlustleistung hängt von den Widerständen im elektrischen und magnetischen Kreis ab. Folglich ist es das Ziel, diese Widerstände zu minimieren.
Eine Minimierung des magnetischen Widerstands verringert die für eine geforderte magnetische Kraft nötige magnetische Feldstärke bzw. elektrische Durchflutung. Dies betrifft insbesondere alle im Magnetkreis auftretenden Luftspalte. Der elektrische Widerstand wird im Wesentlichen durch die Eigenschaften der Spule bestimmt.
Die vorgeschlagene Ventilanordnung ist optimiert, da die erforderliche Durchflutung, das heißt das Produkt aus Windungszahl und Stromstärke durch die Spule, maximiert und gleichzeitig der Spulenwiderstand minimiert ist.
Die Minimierung der Luftspalte im Magnetkreis wird durch die Ausbildung des Ankers als Klappanker und damit ein lediglich einseitiges Abheben vom Joch realisiert, im Gegensatz zu bislang verwendeten Hubankern. Diese Vorgehensweise weist den Vorteil auf, dass bei gleichem Hub an einem Ende des Ankers die Summe der Luftspalte insgesamt reduziert werden kann.
Da durch die Klappbewegung des Ankers eine konzentrische bzw. im Wesentlichen parallele Anordnung der Längsachsen der Spule des Stellelements und des Ventils nicht mehr möglich ist, wird eine Umlenkung vorgenommen, welche die Drehbewegung des Ankers bei dessen Betätigung berücksichtigt. Ein sich hieraus ergebende Vorteil besteht in der reduzierten Baugröße der Ventilanordnung.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Querschnitt des Jochs, das von der Spule umgeben ist, bei der Realisierung eines Klappankers gegenüber einem herkömmlichen Hubanker reduziert werden kann. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, den Spulenquerschnitt zu minimieren, da bei der herkömmlichen Variante des Hubankers zur Sicherstellung der Beweglichkeit des Ankers sowie für eine gegebenenfalls erforderliche Fluiddurchleitung entlang des Ankers ein erhöhter Platzbedarf besteht, was den vergleichsweise höheren Spulenquerschnitt erfordert.
Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Ventilanordnung, bei der der bewegliche Anker innerhalb der Spule angeordnet ist, ist bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ausschließlich das Joch unbeweglich in der Ventilanordnung angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Drehachse des Kipphebels benachbart zu dem Dichtsitz angeordnet. Hierdurch kann die gewünschte Umlenkung der Bewegung des Ankers um etwa 90° zum Betätigen des Ventils erfolgen. Es versteht sich, dass die Umlenkung nicht exakt 90° betragen muss. Stattdessen sind auch größere oder kleinere Winkel möglich.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Kipphebel zwei Schenkel auf, die entsprechend dem zwischen den Längsachsen der Spule und des Ventils gebildeten Winkel zueinander geneigt sind, wobei das Dichtelement an einem ersten der beiden Schenkel und der Anker an einem zweiten der beiden Schenkel angeordnet ist. Bei dem bevorzugt verwendeten Winkel von 90° weist der Kipphebel mit anderen Worten eine L-Form auf. Das Dichtelement kann beispielsweise eine Scheibe aus einem Elastomer sein, welcher einerseits zur Dichtung und andererseits zur Dämpfung beiträgt, wenn der Kipphebel mit hoher Geschwindigkeit auf den Dichtsitz auftrifft.
In einer weiteren Ausgestaltung ist auf der dem Dichtelement gegenüberliegenden Hauptseite des ersten Schenkels ein Dorn zur Aufnahme und Fixierung einer Rückstellfeder angeordnet. Die Rückstellfeder kann zum Beispiel eine Schraubenfeder sein. Der Dorn weist eine vorzugsweise konische Gestalt auf, so dass verschiedene Federn (Rückstellfedern) leicht montiert und damit zentriert werden können. Durch unterschiedliche Federlängen können unterschiedliche Federkräfte zur Bereitstellung unterschiedlicher Ventilcharakteristiken, zum Beispiel je nach zu schaltenden Druck oder Querschnitt des Ventils, bereitgestellt werden. Alternativ kann zur Realisierung unterschiedlicher Federkräfte vorgesehen sein, Kipphebel mit unterschiedlich ausgestalteten Dornen bereitzustellen, so dass bei gleichen Federelementen aufgrund der unterschiedlichen Einbaulängen unterschiedliche Federkräfte erzielt werden. In diesem Fall wären die Dorne so gestaltet, dass sich die Anlagefläche der Feder in entsprechend unterschiedlicher Position, d.h. in unterschiedlichem Abstand zur Oberfläche des ersten Schenkels befinden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen den zwei Schenkeln zumindest ein Steg oder eine Stützwand zur Stabilisierung der Winkellage der zwei Schenkel vorgesehen. Im Falle der Verwendung einer Stützwand kann diese z.B. die Form eines Dreiecks aufweisen. Der Steg oder die Stützwand und die beiden Schenkel des Kipphebels können einstückig, d.h. als ein Teil, ausgebildet sein. Der Steg oder die Stützwand und die beiden Schenkel des Kipphebels können alternativ separate Teile sein, die form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Es ist zweckmäßig, wenn der Kipphebel aus einem Kunststoff mit einem weichmagnetischen Inlay besteht, wobei das Inlay den Anker des Stellelements repräsentiert. Wird der Kipphebel überwiegend aus Kunststoff realisiert, kann dessen Masse gegenüber einem herkömmlichen, metallischen Hubanker reduziert werden, wodurch sich geringere akustische Anregungen beim Schaltvorgang ergeben.
Das Inlay kann wahlweise in den zweiten Schenkel eingelegt oder eingeclipst sein.
Es ist zweckmäßig, wenn der erste Schenkel in zwei gegenüberliegende, U-förmige Profile eingelegt oder eingeclipst ist. Hierdurch ergibt sich eine Minimierung des Luftspalts im angezogenen Zustand des Ankers, da kein Kunststoffmaterial zwischen dem Joch und dem Anker zum Liegen kommt.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der erste Schenkel mit zumindest einem Dämpfungselement versehen ist, dessen Anordnung und Größe derart bemessen ist, dass im angezogenen Zustand des Ankers der Anker und das Joch sich nicht berühren und einen minimalen Luftspalt zueinander aufweisen. Das Dämpfungselement kann aus einem Elastomer gebildet sein.
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Spule wesentlich länger ist als ihr Durchmesser. Die lang gestreckte Spulenbauform, die aus der Verlagerung des Ankers vom Inneren der Spule in einen äußeren Bereich resultiert, ermöglicht eine Minimierung der Länge des Wicklungsdrahtes. Dadurch lassen sich der Wicklungsdurchmesser und die mittlere Drahtlänge pro Windung sowie der elektrische Widerstand der Wicklung reduzieren. Die zusätzlichen magnetischen Verluste infolge verlängerter Joche fallen geringer aus als die gleichzeitig erzielte Verbesserung in der Spule, wodurch sich insgesamt eine verbesserte Effizienz ergibt.
Die Ventilanordnung umfasst als erstes Gehäusebauteil einen Ventilträger und als zweites Gehäusebauteil einen Deckel zur Ausbildung eines Gehäuses. Der Ventilträger umfasst zumindest eine Düsenöffnung für ein zugeordnetes Ventil und zumindest einen Kanal für den Anschluss einer Blase, einer gemeinsamen Druckversorgung oder eines Druckspeichers. Der Deckel ist luftdicht mit dem Ventilträger verbunden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Joch und die Spule in einem drucklosen Bereich des Gehäuses angeordnet sind, wobei das Joch eine Trennwand des Ventilträgers an zugeordneten ersten Aussparungen durchdringt und gegenüber den ersten Aussparungen abgedichtet ist. Bei dieser Ausgestaltung sind der Anker und der Kipphebel in der druckbeaufschlagten Ventilkammer angeordnet.
In einer alternativen Variante ist der Stellantrieb in einem druckbeaufschlagten Bereich des Gehäuses angeordnet, wobei Spulenanschlüsse den Deckel oder den Ventilträger an zugeordneten zweiten Aussparungen durchdringen und gegenüber den zweiten Aussparungen abgedichtet sind. In dieser Ausgestaltungsvariante sind somit sämtliche Komponenten des Stellantriebs im druckbeaufschlagten Bereich angeordnet. Eine Ansteuerelektronik kann hier wahlweise innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
Beide Varianten weisen den Vorteil auf, dass sich im angezogenen Zustand des Ankers durch Schließen des magnetischen Kreises innerhalb des unter Druck stehenden Bereichs des Ventils eine Minimierung der Luftspalte erzielen lässt. Dies hat gegenüber herkömmlichen Ventilanordnungen mit einem Hubanker den Vorteil, dass eine üblicherweise aus nicht leitendem und nicht ferromagnetischem Material ausgeführte Trennschicht entfallen kann. Dies ist nicht nur aus funktionalen Gründen vorteilhaft, sondern ermöglicht auch einen vereinfachten Aufbau und damit geringere Fertigungskosten.
In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Drucksensor vorgesehen, der in einem Hohlraum des Ventilträgers angeordnet ist, der mit dem Kanal oder der Ventilkammer verbunden ist.
Der Deckel kann einen weiteren Dorn aufweisen, welcher dem Dorn des ersten Schenkels des Kipphebels gegenüberliegend angeordnet ist und zur Aufnahme und Fixierung der Rückstellfeder dient.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung können in der Ventilkammer zumindest zwei Ventile angeordnet sein. Jedem der Ventile ist dann ein wie oben beschriebener Stellantrieb zugeordnet. Die Ventilkammer kann an eine gemeinsame Blase, eine gemeinsame Druckversorgung oder einen gemeinsamen Druckspeicher oder die Umgebung angebunden sein. Bei dieser Ausgestaltung können zur Reduzierung der Anzahl an Einzelteilen die jeweiligen Kipphebel über einen Filmsteg zu einem Teil verbunden sein. Dieser Kipphebelverbund kann am Ventilträger fixiert sein.
Die Erfindung schlägt weiter eine Vorrichtung zum pneumatischen Befüllen und Entleeren von Blasen in einem Sitz eines Verkehrsmittels, insbesondere in einem Kraftfahrzeugsitz, vor, welche zumindest eine Ventilanordnung mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist.
Die Vorteile der genannten Ausführungen einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung im Vergleich zu herkömmlichen Ventilanordnungen mit einem Hubanker werden nachfolgend zusammengefasst:
Die durch den Klappanker realisierbare kompakte Baugröße des Stellelements verringert die Verlustleistung um bis zu 25 % und ermöglicht so eine Energieeinsparung. Ferner wird die Verfügbarkeit des Stellelements aufgrund geringerer Erwärmung erhöht.
Durch die Integration der Ventile in einen gemeinsamen Ventilträger, der zudem als Druckverteiler, pneumatischer Anschlussblock und Teilgehäuse fungiert, wird ein einfacher Zusammenbau und damit eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.
Die Ventilanordnung kann als 3/3-Ventil mit jeweils zwei Stellelementen in einer Kammer und gemeinsamem Vordruckkanal im Deckel realisiert werden. Ebenso ist ein 3/2-Ventil durch eine zusätzliche Entlüftöffnung, z.B. im Deckel, möglich.
Es können Varianten für unterschiedlichen Vordruck durch Modifikation des Ventilträgers bereitgestellt werden. Bei einem höheren Druck werden Düsenöffnungen mit geringerem Durchmesser verwendet. Der Ventilsitz kann mit vergleichbaren Kräften bereitgestellt werden. Bei den Varianten für unterschiedlichen Vordruck können Kipphebel, Federelemente und der Magnetkreis des Stellelements jeweils unverändert beibehalten werden.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine Draufsicht auf eine Ventil-Stellelementeinheit der Ventilanordnung in 1;
3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welche zwei Ventilsitze je Stellelement umfasst, wobei eine erste Schaltstellung gezeigt ist;
4 das zweite Ausführungsbeispiel der Ventilanordnung gemäß 3 in einer Querschnittsdarstellung, welche zwei Ventilsitze je Stellelement umfasst, wobei eine zweite Schaltstellung gezeigt ist;
In den nachfolgenden Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Weiterhin ist zu beachten, dass die Darstellungen nicht maßstabsgerecht sind und die tatsächlichen Größenverhältnisse von der gezeigten Darstellung abweichen können.
1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Ventilanordnung 1 umfasst als Gehäusebauteile einen Ventilträger 2 und einen Deckel 3, welche zusammen das Gehäuse der Ventilanordnung 1 bilden.
Der Ventilträger 2 dient als Druckverteiler. Er umfasst zu diesem Zweck zumindest einen Stutzen 4, in welchem ein zugeordneter Düsenkanal 5 verläuft. An den Stutzen 4 kann eine Blase, ein Druckspeicher oder eine Verbindung zur Umgebung angeschlossen sein. Der Düsenkanal 5 ist mit einer Düsenöffnung 28 eines Ventils 27 gekoppelt. Die Düsenöffnung 28 ist wiederum mit einer Ventilkammer 37, welche zwischen dem Ventilträger 2 und dem Deckel 3 gebildet ist, verbunden.
Der Ventilträger 2 und der Deckel 3 sind luftdicht miteinander verbunden. Hierzu weist der Spulenträger zwei Nuten 7, 8 auf, in die korrespondierende Vorsprünge 11, 12 des Deckels 3 eingreifen. Die Vorsprünge 11, 12 sind an Flanschen 9, 10 des im Wesentlichen topfförmigen Deckels 3 angeordnet. Die luftdichte Verbindung kann durch Kleben oder Laserschweißen realisiert sein.
Der zwischen dem Ventilträger 2 und dem Deckel 3 gebildete Innenraum ist durch eine Trennwand 6 in die bereits erwähnte Ventilkammer 37 und eine Stellelementkammer 42 unterteilt. Die Ventilkammer 37 bildet einen druckbeaufschlagten Bereich. Abhängig davon, ob die Trennwand 6 gegenüber dem Deckel 3 und andere die Trennwand 6 durchdringende Komponenten abgedichtet sind, stellt die Stellelementkammer 42 einen druckbeaufschlagten Bereich oder einen drucklosen Bereich dar. Im Falle einer erwünschten Abdichtung kann der Ventilträger 2 als Zwei-Komponenten-Teil ausgebildet sein, so dass eine Dichtung zu dem Deckel 3 und den anderen die Trennwand 6 durchdringenden Komponenten gegeben ist. Alternativ kann zur Abdichtung der beiden Kammern ein O-Ring oder ein Einlegeteil verwendet werden.
Auf der Unterseite ist an dem Ventilträger 2 eine Leiterplatte 13 befestigt. Die lagerichtige Fixierung erfolgt mittels eines Zentrierstifts 14, der vorzugsweise integraler Bestandteil des Ventilträgers 2 ist. Zudem liegt die Leiterplatte 13 auf einem oder mehreren Vorsprüngen 15 definiert auf.
Durch eine Aussparung 26 der Leiterplatte 13 und eine korrespondierende Aussparung in dem Ventilträger 2 tritt ein Spulenanschluss 24 hindurch und in die Stellelementkammer 42 hinein, in welcher ein dem Ventil 27 zugeordnetes elektromagnetisches Stellelement 16 der Ventilanordnung 1 angeordnet ist. Wenn die Stellelementkammer 42, wie im vorliegenden Fall, ebenfalls einen druckbeaufschlagten Bereich darstellt, ist im Bereich des Durchtritts durch den Ventilträger 2 eine Dichtung 25 vorgesehen. Diese kann beispielsweise ein Elastomer mehr sein.
Das Stellelement 16 umfasst einen Anker 17, ein Joch 18 und eine Spule 22. Die Spule 22 ist auf einem Spulenträger 23 angeordnet. Der Spulenanschluss 24 ist elektrisch mit der Spule 22 verbunden.
Das Joch 18 besteht aus Fertigungsgründen aus drei Teilen. Einem ersten Schenkels 19, einem parallel dazu verlaufenden zweiten Schenkel 20 und einem die beiden Schenkel 19, 20 verbindenden Verbindungsteil 21. Das Joch besteht aus einem weichmagnetischen Material. Die Spule 22 ist um den ersten Schenkel 19 gewickelt. Das Joch 18 ist bezüglich des Gehäuses ortsfest, d.h. unbeweglich in dem Gehäuse, angeordnet. Der erste und der zweite Schenkel 19, 20 des Jochs 18 treten durch die Trennwand 6 hindurch.
Der Anker 17 ist als Klappanker ausgebildet. In der in 1 gezeigten Darstellung, in der das Ventil 27 sich in einer zweiten Schaltstellung befindet, in der das Ventil den Düsenkanal 5 von der Ventilkammer 37 trennt, weist der Anker 17 nur bezüglich des zweiten Schenkels 20 des Jochs 18 einen Luftspalt 39 in 1 nicht erkennbar auf. Durch das nur einseitige Abheben des Ankers 17 von dem Joch 18 wird bei gleichem Hub an dem von dem Ventil 27 entfernten Ende des Ankers 17 damit die Summe der Luftspalte gegenüber einem Hubanker reduziert.
Der Anker 17 ist als Inlay in einem Kipphebel 31 aus Kunststoff angeordnet. Der Kipphebel 31 weist eine Drehachse 32 benachbart zu dem Ventil 27, das heißt der Düsenöffnung 28, auf. Der Kipphebel 31 umfasst einen ersten Schenkel 33 und einen zweiten Schenkel 34. Der erste und der zweite Schenkel 33, 34 sind durch zwei Stützwände 35 in Gestalt eines Dreiecks bezüglich Ihrer Winkelposition fixiert. An dem ersten Schenkel 33 des Kipphebels 31 ist ein Dichtelement 29 des Ventils 27 angeordnet. Das Dichtelement 29 besteht beispielsweise aus einem Elastomer. In der in 1 gezeigten Darstellung wird das Dichtelement 29 durch den Kipphebel 31 gegen einen Dichtsitz 30 des Ventils 27 gepresst.
Wie am besten aus der Draufsicht aus 2 zu erkennen ist, besteht der zweite Schenkel 34 aus zwei gegenüberliegenden U-förmigen Profilen. In die U-förmigen Profile ist der Anker 17 eingeclipst oder eingelegt. An den der Trennwand 6 zugewandten Flächen der U-förmige Profile des Kipphebels 31 sind jeweils Dämpfungselemente 38 angeordnet, deren Anordnung und Größe derart bemessen ist, dass im angezogenen Zustand des Ankers 17 der Anker 17 und das Joch 18 sich nicht berühren und einen minimalen Luftspalt 39 zueinander aufweisen (siehe 2, in der die erste Schaltstellung der Ventilanordnung 1 gezeigt ist).
Auf der dem Dichtelement 29 gegenüberliegenden Hauptseite des ersten Schenkels 33 ist ein Dorn 40 zur Aufnahme und Fixierung einer Rückstellfeder 36 (kurz: Feder) angeordnet. Ein weiterer Dorn 41 ist an dem Deckel 3 vorgesehen, der dem Dorn 40 des ersten Schenkels 34 des Kipphebels 31 gegenüberliegend angeordnet ist und ebenfalls zur Aufnahme und Fixierung der Rückstellfeder dient. Wie aus der Querschnittsdarstellung der 1 hervorgeht, weisen die Dorne 40, 41 jeweils eine im Ergebnis konische Gestalt auf.
Die auf den Kipphebel 31 bzw. dessen zweiten Schenkel 34 wirkende Federkraft legt in Verbindung mit dem Querschnitt der Düsenöffnung 28 die Ventilcharakteristik des Ventils 27 fest. Unterschiedliche Ventilcharakteristiken können (bei gleichen Federn) durch unterschiedliche Federlängen im Einbauzustand bereitgestellt werden. Durch unterschiedlich gestaltete Dorne 40 und/oder 41 kann eine Verkürzung der Federlänge gegenüber der in 1 dargestellten Variante erzielt werden. Da der Kipphebel 31 und das Gehäuse 3 aus Kunststoff hergestellt werden, lässt sich dieses Bauteil auf einfache und kostengünstige Weise durch Spritzen bereitstellen.
Der Kipphebel 31 bildet eine Umlenkeinheit aus, so dass eine Längsachse der Spule (in 1 von links nach rechts verlaufend) und eine Längsachse des Ventils (in 1 von oben nach unten verlaufend) in einem im Wesentlichen senkrechten Winkel zueinander angeordnet sind. Dies ermöglicht kompakte Abmaße von Anker 17 und Joch 18 durch kurze Längen und hohe Querschnitte bzw. hohe Permeabilität der Materialien von Anker und Joch.
Hierdurch wird eine Minimierung des Spulenquerschnitts ermöglicht, da der Querschnitt des Jochs 18 bzw. des ersten Schenkels 19 des Jochs 18 anstelle des beweglichen Ankers innerhalb der Spule 22 angeordnet ist. Bei der vorliegenden Realisierung braucht die Beweglichkeit des Ankers 17 nicht innerhalb der Spule 22 sichergestellt zu werden, wodurch der Schenkel 19 des Jochs 18 kleiner sein kann. Die Spule mit reduziertem Durchmesser für gleiche Durchflutung im Vergleich zu einer Ventilanordnung mit einem Hubanker ermöglicht eine Reduzierung der Verlustleistung um etwa 25 %.
Der Ventilträger 2 kann mit unterschiedlicher Düsengeometrie, insbesondere unterschiedlichen Querschnitten, aber auch unterschiedlichen Ventilöffnungshüben, hergestellt werden. Hierdurch lassen sich Varianten für verschiedene Drücke und Durchflussbereiche einfacher realisieren. Beispielsweise werden für einen hohen Vordruck Düsenöffnungen mit geringem Querschnitt verwendet (und umgekehrt), wodurch die erforderlichen Kräfte und folglich die Auslegung der restlichen Geometrie des Stellantriebs und des magnetischen Kreises nahezu identisch bleiben.
2 zeigt eine Draufsicht auf lediglich beispielhaft zwei nebeneinander angeordnete Ventil-Stellelementeinheiten. Diese sind in einer gemeinsamen Ventilkammer 37 der Ventilanordnung 1 angeordnet. Die Ventilkammer 37 dient damit der pneumatischen Verschaltung der Ventile untereinander. Durch die Gestaltung der Ventilkammer bzw. die Gestaltung des Ventilträgers 2 und/oder des Gehäuses 3 sind 3/3-Ventile aus zwei 2/2-Ventilen darstellbar.
In 2 sind die zu einer Ventil-Stellelementeinheit gehörigen Komponenten mit den oben verwendeten Bezugszeichen mit dem Annex „A“ bzw. dem Annex „B“ gekennzeichnet. Eine Ventil-Stellelementeinheit umfasst jeweils ein Ventil und das dem Ventil zugeordnete Stellelement. Der Aufbau der Ventil-Stellelementeinheiten ist ansonsten wie oben beschrieben. Zur Vereinfachung der Herstellung kann vorgesehen sein, dass die aus Kunststoff hergestellten Kipphebel 31A, 31B über einen Filmsteg zu einem Teil verbunden sind und gemeinsam am Ventilträger fixiert sind.
Die 3 und 4 zeigen jeweils einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der grundsätzliche Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels aus 1. Im Folgenden wird daher nur noch auf Unterschiede eingegangen.
Die Ventilanordnung gemäß dieser zweiten Ausführungsform umfasst zwei Ventilsitze je Stellelement. Ein Ventilsitz ist aus einer Düsenöffnung, einem Dichtelement und einem Dichtsitz gebildet. Der erste Dichtsitz der in den 3 und 4 gezeigten Ventilanordnung 1 entspricht dem in 1 beschriebenen Ventil 27 mit der Düsenöffnung 28, dem Dichtelement 29 und dem Dichtsitz 30. Der zweite Dichtsitz wird durch ein zweites Ventil 43 repräsentiert, das aus einer zweiten Düsenöffnung 44, einem zweiten Dichtelement 45 und einem zweiten Dichtsitz 46 besteht.
Dabei zeigt 3 eine erste Schaltstellung, in der das Ventil 27 den ersten Dichtsitz (28, 29, 30) verschließt, während der zweite Dichtsitz (44, 45, 46) geöffnet ist. 4 zeigt eine zweite Schaltstellung, in der der Dichtsitz (28, 29, 30) geöffnet ist, während der zweite Dichtsitz (44, 45, 46) durch das zweite Dichtelement 45 verschlossen ist. Das zweite Dichtelement 45 ist auf der Hauptseite des ersten Schenkels 33 des Kipphebels 31 angeordnet, auf dem auch der Dorn 40 vorgesehen ist.
Mit dieser Variante eines 3/2-Ventils mit zweitem Düsensitz im Deckel 3 kann eine Entlüftung der Ventilkammer 37 vorgenommen werden. Es ist gegebenenfalls eine Justage des zweiten Düsensitzes notwendig.
Am Ausgang der zweiten Düsenöffnung 44 kann zudem ein Akustik-Dämpfer in Gestalt eines Schaums angeordnet sein. Der Akustik-Dämpfer kann in einer außen an dem Deckel 3 an geformten, zusätzlichen Tasche angeordnet sein. Hierdurch werden Geräusche während der Betätigung der Ventilanordnung 1 gedämpft.
Bezugszeichenliste

1: Ventilanordnung
2: Träger / Ventilträger
3: Deckel
4: Stutzen
5: Düsenkanal
6: Trennwand
7: Nut
8: Nut
9: Flansch
10: Flansch
11: Vorsprung
12: Vorsprung
13: Leiterplatte
14: Zentrierstift
15: Auflagevorsprung
16: Stellelement
17: Anker
18: Joch
19: erste Schenkel des Jochs 18
20: zweiter Schenkel des Jochs 18
21: Verbindungsteil des Jochs 18
22: Spule
23: Spulenträger
24: Spulenanschluss
25: Dichtung
26: Aussparung in Leiterplatte 13
27: Ventil
28: Düsenöffnung
29: Dichtelement
30: Dichtsitz
31: Kipphebel
32: Drehachse
33: erster Schenkel
34: zweiter Schenkel
35: Stützwand
36: Feder
37: Ventilkammer
38: Dämpfungselement
39: Luftspalt
40: Dorn des Kipphebels 31
41: Dorn des Gehäuses 3
42: Stellelementkammer
43: zweites Ventil
44: zweite Düsenöffnung
45: zweites Dichtelement
46: zweiter Dichtsitz

Claims

Elektromagnetische Ventilanordnung (1) für eine Vorrichtung zum pneumatischen Befüllen und Entleeren von Blasen in einem Sitz eines Verkehrsmittels, insbesondere in einem Kraftfahrzeugsitz, umfassend: – zumindest ein elektromagnetisches Stellelement (16) mit jeweils einem Anker (17), einem Joch (18) und einer Spule (22); – zumindest ein Ventil (27) mit jeweils einer Düsenöffnung (28), einem Dichtelement (29), das mit dem Anker (17) gekoppelt ist, und einem Dichtsitz (30), wobei das jeweilige Ventil (27) in einer ersten Schaltstellung geöffnet ist und einen Kanal (5) mit einer Ventilkammer (37) verbindet, und in einer zweiten Schaltstellung den Kanal von der Ventilkammer (37) trennt; dadurch gekennzeichnet, dass – der Anker (17) als Klappanker ausgebildet ist, der in der ersten Schaltstellung nur einseitig einen Luftspalt zu dem Joch (18) aufweist und der über eine als Kipphebel (31) ausgebildete Umlenkeinheit mit dem Dichtelement (29) derart gekoppelt ist, dass eine Längsachse der Spule (22) des Stellelements (16) und eine Längsachse des Ventils (27) in einem im Wesentlichen senkrechten Winkel zueinander angeordnet sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schenkel (19) des Jochs (18), der von der Spule (22) umgeben ist, unbeweglich in der Ventilanordnung (1) angeordnet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse des Kipphebels (31) benachbart zu dem Dichtsitz (30) angeordnet ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (31) zwei Schenkel (33, 34) aufweist, die entsprechend dem zwischen den Längsachsen der Spule (22) und des Ventils (27) gebildeten Winkel zueinander geneigt sind, wobei das Dichtelement (29) an einem ersten der beiden Schenkel (33) und der Anker (17) an einem zweiten der beiden Schenkel (34) angeordnet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Dichtelement (29) gegenüberliegenden Hauptseite des ersten Schenkels ein Dorn (40) zur Aufnahme und Fixierung einer Rückstellfeder (36) angeordnet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Schenkeln (33, 34) zumindest ein Steg oder eine Stützwand (35) zur Stabilisierung der Winkellage der zwei Schenkel (33, 34) vorgesehen ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (31) aus einem Kunststoff mit einem weichmagnetischen Inlay besteht, wobei das Inlay den Anker (17) des Stellelements (16) repräsentiert.
Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Inlay in den zweiten Schenkel (34) eingelegt oder eingeclipst ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (33) in zwei gegenüberliegende U-förmige Profile eingelegt oder eingeclipst ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (33) mit zumindest einem Dämpfungselement (38) versehen ist, dessen Anordnung und Größe derart bemessen ist, dass im angezogenen Zustand des Ankers (17) der Anker (17) und das Joch (18) sich nicht berühren und einen minimalen Luftspalt (39) zueinander aufweisen.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (22) wesentlich länger ist als ihr Durchmesser.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese als erstes Gehäusebauteil einen Ventilträger (2) und als zweiten Gehäusebauteil einen Deckel (3) zur Ausbildung eines Gehäuses umfasst, wobei der Ventilträger (2) zumindest eine Düsenöffnung (28) für ein zugeordnetes Ventil (27) und zumindest einen Kanal für den Anschluss einer Blase oder eines Druckspeichers umfasst und wobei der Deckel (3) luftdicht mit dem Ventilträger (2) verbunden ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (18) und die Spule (22) in einem drucklosen Bereich des Gehäuses angeordnet sind, wobei das Joch (18) eine Trennwand des Ventilträgers (2) an zugeordneten ersten Aussparungen durchdringt und gegenüber den ersten Aussparungen abgedichtet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb in einem druckbeaufschlagten Bereich des Gehäuses angeordnet ist, wobei Spulenanschlüsse den Deckel (3) oder den Ventilträger (2) an zugeordneten zweiten Aussparungen durchdringen und gegenüber den zweiten Aussparungen abgedichtet sind.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor in einem Hohlraum des Ventilträgers (2) angeordnet ist, der mit dem Kanal oder der Ventilkammer (37) verbunden ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) einen weiteren Dorn aufweist, welcher dem Dorn des ersten Schenkels des Kipphebels (31) gegenüberliegend angeordnet ist und zur Aufnahme und Fixierung der Rückstellfeder dient.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ventilkammer (37) zumindest zwei der Ventile (17A, 17B) angeordnet sind.
Vorrichtung zum pneumatischen Befüllen und Entleeren von Blasen in einem Sitz eines Verkehrsmittels, insbesondere in einem Kraftfahrzeugsitz, umfassend zumindest eine der Ventilanordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche.