-
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Luftventil mit einem Ventilgehäuse, wobei das Ventilgehäuse einen Lufteinlass und einen Luftauslass sowie einen mit dem Lufteinlass und dem Luftauslass in Strömungsverbindung stehenden Ventilsitz aufweist, mit einem Absperrkörper zum Freigeben und Absperren des Ventilsitzes, mit einem Elektromagnet, der wenigstens eine Spule und ein Joch aufweist, und mit einem Verstellelement, das den Absperrkörper aufweist oder betätigt und zwischen einer Absperrstellung und einer Freigabestellung des Absperrkörpers mittels des Elektromagneten bewegbar ist.
-
Bekannte Luft- oder Pneumatikventile, die für die Massage- und Lordosefunktion in PKW-Sitzen entwickelt wurden, basieren hauptsächlich auf drei unterschiedlichen Funktionskonzepten. Grundlage für diese unterschiedlichen Funktionskonzepte sind der piezoelektrische Effekt, Formgedächtnislegierungen (shape memory alloy) oder der elektromagnetische Effekt. Pneumatikventile, die den piezoelektrischen Effekt oder Formgedächtnislegierungen benutzen, spielen eine untergeordnete Rolle, da diese entweder eine zu große Spannungsversorgung benötigen oder eine zu hohe Ansprechzeit aufweisen. Luftventile oder Pneumatikventile, die auf dem elektromagnetischen Effekt basieren, sind meist so aufgebaut, dass ein Stahlanker, der magnetisch leitend ist, den Dichtprozess übernimmt. Dabei wird der Anker über eine zentrale Feder gegen den Dichtsitz gedrückt. Luftkanäle, Stahlanker und Feder sind in einem zylindrischen Spulenkörper angeordnet. Wird die Spule bestromt, wird ein magnetisches Feld erzeugt und die resultierende magnetische Kraft wirkt der Federkraft entgegen. Der Stahlanker entfernt sich dadurch von seiner Dichtposition und öffnet die Luftkanäle. Es kann dann entweder belüftet oder entlüftet werden. Wird die Stromzufuhr zur Spule unterbrochen, bricht das magnetische Feld zusammen. Aufgrund der Federkraft nimmt der Anker seine ursprüngliche Dichtposition auf dem Dichtsitz wieder ein. Solange also belüftet oder entlüftet werden soll, muss die Spule bestromt werden und es wird elektrische Energie benötigt. Darüber hinaus benötigen solche bekannten Luftventile mehrere Dichtringe, bis zu vier Stück pro Ventil, um die Luftkanäle gegen die Umgebung abzudichten. Die Dichtringe werden dabei nicht für die Abdichtung des Stahlankers am Dichtsitz benötigt sondern im Verlauf der Luftkanäle. Ist nur ein Dichtring eines einzelnen Luftventils fehlerhaft, bedeutet das, dass das gesamte System mit allen Ventilen Ausschuss ist.
-
Mit der Erfindung soll ein elektromagnetisches Luftventil verbessert werden.
-
Erfindungsgemäß ist hierzu ein elektromagnetisches Luftventil mit einem Ventilgehäuse vorgesehen, wobei das Ventilgehäuse einen Lufteinlass und einen Luftauslass sowie einen mit dem Lufteinlass und dem Luftauslass in Strömungsverbindung stehenden Ventilsitz aufweist, mit einem Absperrkörper zum Freigeben und Absperren des Ventilsitzes, mit einem Elektromagnet, der wenigstens eine Spule und ein Joch aufweist, und mit einem Verstellelement, das den Absperrkörper aufweist oder betätigt und zwischen einer Absperrstellung und einer Freigabestellung des Absperrkörpers mittels des Elektromagneten bewegbar ist, bei dem das Ventilgehäuse einen Grundkörper und eine, mit dem Grundkörper verbundene und eine Begrenzung des Ventilgehäuses bildende Gehäusewand aus nicht magnetischem Material aufweist, wobei die Spule und ein erster Jochabschnitt des Jochs außerhalb des Ventilgehäuses angeordnet sind und zwei Enden des ersten Jochabschnitts an der Gehäusewand anliegen und ein zweiter Jochabschnitt sowie das Verstellelement innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet sind.
-
Durch die Erfindung wird eine Trennung zwischen dem Elektromagneten und dem luftführenden Ventilgehäuse erzielt. Die Luftführung in dem Ventilgehäuse ist dadurch völlig unabhängig von der Ausbildung des Elektromagneten und insbesondere muss der Elektromagnet nicht abgedichtet werden, da er nicht in den Bereich der Luftführung in dem Ventil eingebunden ist. Durch diese Trennung des Elektromagneten von dem eigentlichen Ventilgehäuse durch die Gehäusewand aus nicht magnetischem Material wird die Herstellung des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Luftventils erheblich erleichtert. Die Abdichtung des gesamten Systems gegen die Umgebung kann somit mit nur einem Bauteil, nämlich dem Ventilgehäuse, erfolgen. Dadurch können nicht nur die Herstellkosten des erfindungsgemäßen Luftventils gegenüber konventionellen Luftventilen reduziert werden, sondern bei der Herstellung wird auch ein reduzierter Ausschuss erreicht, da das erfindungsgemäße Luftventil für automatisierte Fertigungs- und Montageverfahren optimiert ist.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist das Ventilgehäuse mit Ausnahme des Lufteinlasses und des Luftauslasses luftdicht ausgebildet.
-
Beispielsweise kann die Gehäusewand auf den Grundkörper des Ventilgehäuses aufgesetzt und dann mit dem Ventilgehäuse luftdicht verschweißt werden. Dadurch kann eine dauerhafte und bei automatisierter Fertigung problemlos zu erzielende Abdichtung des Ventilgehäuses geschaffen werden. Da die Gehäusewand aus nicht magnetischem Material besteht, kann sie vom magnetischen Feld durchdrungen werden, ohne dass hierfür Öffnungen im Ventilgehäuse erforderlich wären.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist ein Ende des Verstellelements zwischen einem Ende des ersten Jochabschnitts und einem Ende des zweiten Jochabschnitts angeordnet.
-
Auf diese Weise können vergleichsweise große magnetische Kräfte auf das Verstellelement ausgeübt werden, so dass auch eine vergleichsweise hohe Dichtkraft zwischen dem Absperrkörper und dem Ventilsitz ausgeübt werden kann.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist das Verstellelement als Hebel ausgebildet, der schwenkbar zwischen der Absperrstellung und der Freigabestellung in dem Ventilgehäuse gelagert ist.
-
Auf diese Weise lassen sich die auf das Verstellelement wirkenden magnetischen Kräfte in einfacher Weise in die gewünschte Dichtkraft zwischen Absperrkörper und Ventilsitz übersetzen. Das als Hebel ausgebildete Verstellelement kann im Wesentlichen reibungsfrei in Form einer Wippe gelagert werden.
-
In Weiterbildung der Erfindung weist das Verstellelement wenigstens einen als Permanentmagnet ausgebildeten Abschnitt auf.
-
Auf diese Weise kann ein bistabiles elektromagnetisches Luftventil bereitgestellt werden, das im unbestromten Zustand entweder in der Freigabestellung oder der Absperrstellung verbleiben kann. Mittels des Elektromagneten muss lediglich die Kraft überwunden werden, um das Verstellelement mit dem Permanentmagneten von der Freigabestellung in die Absperrstellung oder umgekehrt von der Absperrstellung in die Freigabestellung zu bewegen.
-
Das erfindungsgemäße Luftventil erfordert durch die bistabile Ausführung keine Federn für die ordnungsgemäße Funktion. Dies ermöglicht eine besonders präzise Funktion. Federn weisen in der Regel Toleranzen der Federkraft von etwa 15% auf, was die Funktionsfähigkeit eines Luftventils negativ beeinflussen kann. Durch die bistabile Ausführung muss weder in der Absperrstellung noch der Freigabestellung elektrische Energie zugeführt werden. Die Einschaltdauer des erfindungsgemäßen Luftventils ist somit nicht begrenzt und beträgt damit 100%. Pro Luftventil genügt eine einzige Spule, um die gewünschten Funktionen zu realisieren. Durch die bistabile Ausführung, gemäß der elektrische Energie lediglich während des eigentlichen Umschaltvorgangs, nicht aber in der Absperrposition oder der Freigabeposition benötigt wird, ist eine Temperaturerhöhung, die durch das Bestromen der Spule verursacht wird, unbedeutend. Das Verstellelement kann gegenüber Verstellelementen von konventionellen Luftventilen mit reduziertem Gewicht und reduzierter Baugröße ausgeführt werden. Darüber hinaus tritt aufgrund der gegenüber konventionellen Luftventilen geringeren beschleunigten Massen auch eine geringere Geräuschentwicklung während des Umschaltvorgangs auf.
-
In Weiterbildung der Erfindung weist der innerhalb des Ventilgehäuses angeordnete zweite Jochabschnitt einen Schwenklagerabschnitt für das Verstellelement auf.
-
Auf diese Weise lässt sich eine sehr kompakte Lageranordnung realisieren. Das Schwenklager für das Verstellelement kann im Wesentlichen reibungsfrei ausgebildet werden, wenn das Verstellelement nach Art einer Wippe mittels des Schwenklagers gelagert ist.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist der Schwenklagerabschnitt als Durchgangsöffnung in dem zweiten Jochabschnitt ausgebildet.
-
Auf diese Weise kann der Jochabschnitt selbst für die Schwenklagerung eingesetzt werden. Beispielsweise wird das Verstellelement auf eine Kante eines im Querschnitt dreieckförmigen Schwenklagerabschnitts aufgesetzt, so dass eine stabile, aber im Wesentlichen reibungsfreie Lagerung des Verstellelements erzielt wird.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist eine dem Ventilgehäuse gegenüberliegende Oberseite der Spule mit Vorrichtungen für die Montage auf einer Leiterplatte versehen.
-
Auf diese Weise kann das vollständige elektromagnetische Luftventil mittels der Spule auf einer Leiterplatte befestigt werden.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist die Gehäusewand mittels einer nicht magnetischen Metallplatte gebildet oder die Gehäusewand weist Abschnitte aus nicht magnetischem Metall auf, an denen die Enden des ersten Jochabschnitts aufliegen.
-
Auf diese Weise kann die Gehäusewand bzw. die Abschnitte, an denen die Enden des ersten Jochabschnitts anliegen, sehr dünn ausgebildet werden. Dadurch kann ein sehr kleiner Luftspalt im magnetischen Kreis realisiert werden, was die magnetischen Eigenschaften vorteilhaft beeinflusst.
-
Erfindungsgemäß ist auch ein Array aus mehreren erfindungsgemäßen Luftventilen vorgesehen, wobei der Array mehrere, nebeneinander angeordnete und miteinander verbundene Ventilgehäuse aufweist.
-
Mittels eines solchen Arrays kann eine sehr platzsparende Anordnung mehrerer Luftventile erzielt werden. Darüber hinaus können gegebenenfalls erforderliche Schaltfunktionen durch Verknüpfen mehrere Luftventile erzielt werden. Solche Verknüpfungen lassen sich mittels eines Arrays kompakt realisieren.
-
In Weiterbildung der Erfindung weisen mehrere Ventilgehäuse einen gemeinsamen, einstückig ausgebildeten Grundkörper auf.
-
Auf diese Weise lässt sich ein sehr kompakter Aufbau des Arrays erzielen. Gegebenenfalls können Luftleitungen in dem gemeinsamen Grundkörper ausgebildet sein und durch mehrere Luftventile genutzt werden.
-
In Weiterbildung der Erfindung weisen mehrere Ventilgehäuse eine gemeinsame, mit dem Grundkörper verbundene Gehäusewand aus nicht magnetischem Material auf, an der die Enden der jeweiligen ersten Jochabschnitte anliegen.
-
Indem ein Array aus beispielsweise vier Luftventilen lediglich eine einzige, gemeinsame Gehäusewand aus nicht magnetischem Material aufweist, kann beispielsweise der Vorgang des Verbindens der Gehäusewand mit dem Grundkörper stark rationalisiert werden. In Kombination mit der erfindungsgemäßen Trennung des Elektromagneten von dem Ventilgehäuse lassen sich Arrays aus mehreren Luftventilen dadurch platzsparend und kostengünstig aufbauen.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist die Gehäusewand als Spritzgussteil mit wenigstens einer abschnittsweise umspritzten nicht magnetischen Metallplatte ausgebildet.
-
Mittels einer Metallplatte lassen sich wesentlich geringere Wandstärken realisieren als mittels Kunststoffen. Werden beispielsweise diejenigen Abschnitte, in denen der erste Jochabschnitt an der Gehäusewand anliegt, als nicht magnetische Metallplatten ausgebildet, kann ein sehr geringer Luftspalt innerhalb des Jochs realisiert werden, wodurch sich äußerst vorteilhafte magnetische Eigenschaften ergeben.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist ein Lufteinlass wenigstens eines Ventilgehäuses mit einem Lufteinlass wenigstens eines anderen Ventilgehäuses verbunden.
-
Auf diese Weise können Ventile miteinander verschaltet und insbesondere kaskadiert werden. Zwischen den einzelnen Ventilen müssen dabei keine separaten Leitungen verlegt werden, sondern die Verbindungsleitungen können entweder innerhalb des Grundkörpers oder innerhalb der Gehäusewand, an der der erste Jochabschnitt anliegt, realisiert werden.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, in den Zeichnungen gezeigten und in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen können dabei in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Luftventils in einer Absperrstellung,
-
2 das Luftventil der 1 in einer Freigabestellung,
-
3 eine auseinandergezogene Darstellung eines Arrays aus mehreren erfindungsgemäßen Luftventilen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
-
4 eine Ansicht eines Verstellelements für ein erfindungsgemäßes Luftventil,
-
5 das Verstellelement der 4 im auseinandergezogenen Zustand,
-
6 das Verstellelement der 4 im teilweise montierten Zustand,
-
7 eine Ansicht des Arrays der 3 im zusammengebauten Zustand,
-
8 eine auseinandergezogene Darstellung des Arrays der 7,
-
9 eine Schnittansicht des Arrays der 7,
-
10 eine Ansicht des Arrays der 7 von unten,
-
11 eine Schnittansicht im Bereich der Einzelheit A in 10,
-
12 eine schematische, geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Arrays aus mehreren Luftventilen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
-
13 eine geschnittene schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Arrays aus mehreren Luftventilen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
Die Darstellung der 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Luftventils 10. Das Luftventil 10 weist ein Ventilgehäuse 12 auf, das aus einem trogartigen Grundkörper 14 und einer auf dem trogartigen Grundkörper 14 aufsitzenden Gehäusewand 16 gebildet ist. Das Ventilgehäuse 12 weist einen Lufteinlass 18 und einen Luftauslass 20 auf. Im Bereich des Luftauslasses 20 ist ein Ventilsitz 22 realisiert, der mittels eines Absperrkörpers 24 an einem Verstellelement 26 freigegeben oder verschlossen werden kann. Ein zweiter Ventilsitz 28 ist im Bereich des Lufteinlasses 18 angeordnet. Auch dieser zweite Ventilsitz 28 kann mittels des Absperrkörpers 24 freigegeben oder abgesperrt werden. Das Verstellelement 26 ist in Form eines Hebels ausgebildet, der mittels einer Schwenklagerung 30 schwenkbar gelagert ist.
-
Oberhalb der Gehäusewand 16 ist eine Spule 32 eines Elektromagneten angeordnet, die von einem ersten, etwa U-förmigen Jochabschnitt 34 eines Jochs durchsetzt wird. Ein zweiter Jochabschnitt 36 ist innerhalb des Ventilgehäuses 12 angeordnet. Die beiden Jochabschnitte 34, 36 stehen nicht unmittelbar miteinander in Verbindung. Die beiden Enden 38, 40 des allgemein U-förmigen ersten Jochabschnitts 34 liegen auf einer Oberseite der Gehäusewand 16 auf, wobei diese Oberseite der Unterseite, mit der der Grundkörper 14 verbunden ist, gegenüberliegt. Der zweite Jochabschnitt weist ein erstes Ende 42 auf, das an der Unterseite der Gehäusewand 16 an einer Stelle anliegt, die dem Ende 38 des ersten Jochabschnitts 34 gegenüberliegt. Zwischen dem Ende 38 des ersten Jochabschnitts 34 und dem Ende 42 des zweiten Jochabschnitts 36 liegt somit ein Spalt, der durch die Dicke der Gehäusewand 16 bestimmt ist. Die Gehäusewand 16 besteht aus nicht magnetischem Material, so dass der durch die Gehäusewand 16 verursachte Spalt näherungsweise als Luftspalt angesehen werden kann.
-
Ein zweites Ende 44 des zweiten Jochabschnitts 36 ist gegenüber dem Ende 40 des ersten Jochabschnitts 34 angeordnet, wobei zwischen dem Ende 40 des ersten Jochabschnitts 34 und dem Ende 44 des zweiten Jochabschnitts 36 ein vergleichsweise großer Spalt liegt. In diesem Spalt kann sich das dem Schwenklager 30 gegenüberliegende Ende 46 des hebelförmigen Verstellelements 26 bewegen, in der Darstellung der 1 von oben nach unten und von unten wieder nach oben. In der oberen Stellung des Verstellelements 26, siehe auch 2, verschließt der Absperrkörper 24 den Ventilsitz 22 und damit die Luftauslassöffnung 20. In der in 1 dargestellten unteren Stellung des Verstellelements 26 verschließt der Absperrkörper 24 den Ventilsitz 28 und damit die Lufteinlassöffnung 18.
-
Die Spule 32 ist auf ihrer Oberseite, die auf der entgegengesetzten Seite der Gehäusewand 16 liegt, mit Anschlussstiften 48 versehen, die in passende Bohrungen einer Leiterplatte 50 eingesetzt und dort befestigt sind. Die Spule 32 kann somit über in 1 nicht dargestellte elektrische Schaltungen auf der Leiterplatte 50 in einfacher Weise mit elektrischer Energie versorgt werden.
-
Das Verstellelement 26 weist zwischen der Schwenklagerung 30 und dem freien Ende 46 einen Permanentmagnet 52 auf. Das Verstellelement 26 besteht insgesamt aus magnetisierbarem Material. Das freie Ende 46 des Verstellelements 26 bildet einen magnetischen Nordpol, wohingegen das an der Schwenklagerung 30 angeordnete Ende einen magnetischen Südpol bildet. Selbstverständlich kann die Polarität auch unterschiedlich gewählt werden, je nach Anordnung des Permanentmagneten 52. Durch Bestromen der Spule 32 mit Strom in unterschiedlichen Richtungen können somit die Enden 40, 44 des Jochs unterschiedlich gepolt und dadurch eine anziehende bzw. abstoßende Wirkung auf das freie Ende 46 des Verstellelements 26 ausgeübt werden. Je nach Richtung des Stroms durch die Spule 32 wird somit das Verstellelement 26 entweder in die in 1 dargestellte Freigabestellung bewegt, in der der Absperrkörper 24 auf dem unteren Ventilsitz 28 aufliegt, oder in die in 2 dargestellte Freigabestellung bewegt, in der der Absperrkörper 24 auf dem oberen Ventilsitz 22 aufliegt.
-
In der Darstellung der 2 sind schematisch magnetische Feldlinien 54 eingezeichnet, die dazu führen, dass das Verstellelement 26 ausgehend von der in 1 dargestellten unteren Stellung in die in 2 dargestellte obere Stellung bewegt wird.
-
Der erste Jochabschnitt 34 und der zweite Jochabschnitt 36 sind aus magnetisierbarem Metall, insbesondere als Stahlteile, ausgebildet. Das Verstellelement 36 weist den Permanentmagnet 52 und zwei weitere Abschnitte auf, die vorzugsweise ebenfalls als Stahlteile ausgebildet sind.
-
Eine Schließkraft in der in 1 dargestellten unteren Dichtposition und in der in 2 dargestellten oberen Dichtposition wird im unbestromten Zustand der Spule 32 durch das magnetische Feld des Permanentmagneten 52 bestimmt. Der Permanentmagnet 52 und das Verstellelement 26 sind dabei so ausgebildet, dass sowohl die untere Dichtposition der 1 als auch die obere Dichtposition der 2 stabile Positionen des Verstellelements 26 sind. Das erfindungsgemäße Luftventil 10 ist somit als bistabiles Ventil ausgebildet.
-
Um die Dichtposition zu wechseln, beispielsweise von der in 1 dargestellten unteren Dichtposition in die in 2 dargestellte obere Dichtposition, muss die Spule 32 mit der jeweils geeigneten Polung bestromt werden. Die Spule 32 erzeugt in Verbindung mit dem Joch aus den beiden Jochabschnitten 34, 36 dadurch ein weiteres magnetisches Feld, das in 2 durch die Feldlinien 54 angedeutet ist. Dieses magnetische Feld 54 wirkt dem durch den Permanentmagneten 52 erzeugten Magnetfeld entgegen und zieht dadurch das Verstellelement 26 von der unteren Dichtposition der 1 in die obere Dichtposition der 2.
-
In 1 ist das magnetische Feld, das durch den Permanentmagneten 52 erzeugt wird und das Verstellelement 26 in der unteren Dichtposition hält, mittels einer gestrichelten Linie 56 angedeutet. Die magnetischen Feldlinien verlaufen durch den Permanentmagneten 52 weiter zum freien Ende 46 des Verstellelements 26, von dort aus in das Ende 44 des zweiten Jochabschnitts 36 und über den zweiten Jochabschnitt 36 wieder durch die Schwenklagerung 30 in das Verstellelement 26 und zurück zum Permanentmagneten 52.
-
Bei Bestromung der Spule 32, siehe 2, verläuft das erzeugte magnetische Feld, das mittels einer gestrichelten Linie 58 angedeutet ist, durch den ersten Jochabschnitt 34 zum Ende 38 des ersten Jochabschnitts 34. Von dort aus durchsetzen schematisch angedeutete magnetische Feldlinien 60 die nicht magnetische Gehäusewand 16 und enden am Ende 42 des zweiten Jochabschnitts 36. Vom Ende 42 aus laufen die Feldlinien dann über den Bereich der Schwenklagerung 30 in das Verstellelement 26. Die magnetischen Feldlinien durchlaufen dann den Permanentmagneten 52 bis zum freien Ende 46 des Verstellelements 26 und gelangen dann über die angedeuteten magnetischen Feldlinien 54 durch die Gehäusewand 16 zum Ende 40 des ersten Jochabschnitts 34. Der magnetische Kreis ist dadurch geschlossen. Die durch den Elektromagneten mit der Spule 32 erzeugte elektromagnetische Kraft muss betragsmäßig größer sein als die durch den Permanentmagneten 52 erzeugte magnetische Kraft, um das Verstellelement 26 von der in 1 dargestellten unteren Dichtposition in die in 2 dargestellte obere Dichtposition zu bewegen und umgekehrt. Ist die angestrebte Dichtposition erreicht, also beispielsweise die obere Dichtposition der 2, wird die Stromzufuhr zur Spule 32 unterbrochen. Das magnetische Feld der Spule 32 bricht dann zusammen und es liegt wieder der unbestromte Zustand vor. Wie ausgeführt wurde, wird in diesem unbestromten Zustand das Verstellelement 26 mittels der durch den Permanentmagneten 52 erzeugten magnetischen Kraft in der oberen Dichtposition der 2 bzw. der unteren Dichtposition der 1 gehalten.
-
Die Schwenklagerung 30 des Verstellelements 26 kann im Wesentlichen reibungsfrei realisiert werden. Beispielsweise kann der zweite Jochabschnitt 36 eine Durchgangsöffnung mit einer prismenförmigen Begrenzung aufweisen. Auf der Kante dieser prismenförmigen Begrenzung kann das hebelförmige Verstellelement 26 aufliegen, wodurch eine im Wesentlichen reibungsfreie Lagerung bewirkt wird.
-
Die Gehäusewand 16 trennt das Ventilgehäuse 12 von der Atmosphäre ab. Das Ventilgehäuse 12 kann dadurch in sehr einfacher Weise abgedichtet werden, da die Spule 32 und der erste Jochabschnitt 34 lediglich auf die Gehäusewand 16 aufgesetzt sind. Eine Stromzufuhr sowie allgemein Ansteuerung der Spule 32 erfolgt über die Leiterplatte 50. Bei dem erfindungsgemäßen Luftventil 10 sind somit die stromführenden Komponenten durch die Gehäusewand 16 von den eigentlichen Ventilkomponenten, nämlich dem Lufteinlass 18, dem Luftauslass 20, den Ventilsitzen 22, 28 und dem Absperrkörper 24 getrennt. Dies erleichtert die Herstellung und auch Abdichtung des Luftventils 10 erheblich.
-
Die Darstellung der 3 zeigt einen Array 100 aus insgesamt vier erfindungsgemäßen Luftventilen in auseinandergezogener Darstellung. Der Array 100 weist eine Grundplatte 102 auf. Auf die Grundplatte 102 wird ein Grundkörper 104 montiert. Der Grundkörper 104 weist vier trogartige Vertiefungen auf, die jeweils für die Aufnahme der Ventilkomponenten eines erfindungsgemäßen Luftventils vorgesehen sind. In die vier Vertiefungen werden jeweils ein hebelförmiges Verstellelement 26 und ein zweiter Jochabschnitt 36 montiert. Der Grundkörper 104 wird dann mittels einer Gehäusewand 106 verschlossen, die aus einer Edelstahlmembran 108 und einer Kunststoffplatte 110 besteht. Die Edelstahlmembran 108 wird beim Herstellen der Kunststoffplatte 110 abschnittsweise umspritzt. Es bleiben lediglich Vertiefungen 112 der Edelstahlmembran 108 frei. Diese Vertiefungen 112, insgesamt acht Stück, sind für die Anlage der jeweiligen freien Enden der ersten Jochabschnitte 34 vorgesehen. Die angedeuteten Durchgangsbohrungen in der Edelstahlmembran 108 dienen dazu, einen festen Halt der Edelstahlmembran 108 nach dem Umspritzen innerhalb der Kunststoffplatte 110 sicherzustellen.
-
In 3 ist rechts neben der Kunststoffplatte 110 ein weiterer zweiter Jochabschnitt 36 dargestellt, zusammen mit einem Verstellelement 26. Diese zusätzliche Darstellung dient lediglich der Verdeutlichung. Es ist zu erkennen, dass der zweite Jochabschnitt 36 ein gabelförmiges Ende aufweist, in dessen Bereich die Schwenklagerung 30 ausgebildet ist. Das Verstellelement weist an seinem, auf der Schwenklagerung 30 aufliegenden Ende zwei gegenüberliegende Ausnehmungen auf, mit denen das Verstellelement schwenkbar, aber in und entgegen seiner Längsrichtung im Wesentlichen unverrückbar auf der Schwenklagerung 30 gehalten wird.
-
Der Array 100 weist insgesamt vier Spulen 32 mit jeweils einem ersten Jochabschnitt 34 auf. Wie bereits erläutert wurde, werden die Spulen 32 mit den ersten Jochabschnitten 34 so auf die Gehäusewand 106 aufgesetzt, dass die in 3 unten liegenden freien Enden der ersten Jochabschnitte 34 in den Vertiefungen 112 der Edelstahlmembran 108 zu liegen kommen. Auf diese Weise kann ein Spalt zwischen den Enden des ersten Jochabschnitts und den Enden des zweiten Jochabschnitts 36 sehr klein gehalten werden, in jedem Fall wesentlich kleiner als wenn der Abstand der Enden der Jochabschnitte 34, 36 durch die Dicke der Kunststoffplatte 110 bestimmt wäre.
-
Auf die Spulen 32 wird die Leiterplatte 50 montiert, die mit Anschlusssteckern 114 sowie mit elektronischen Komponenten 116 versehen ist. Beispielsweise enthalten die Komponenten 116 elektronische Schaltungen, durch die eine Bestromung der Spulen 32 bewirkt werden kann.
-
Weiter ist eine Abdeckhaube 118 vorgesehen, die auf passende Rastarme 120 der Kunststoffplatte 110 aufgerastet wird und dadurch die Spulen 32 und die Leiterplatte 50 abdeckt.
-
Rechts neben der Abdeckhaube 118 ist eine weitere Spule 32 in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. Die Spule 32 weist einen Spulenkern 122 auf, in den zwei L-förmige Bügel 124 von unterschiedlichen Seiten her eingeschoben sind, die dann den ersten Jochabschnitt 34 bilden. Die Spule 32 wird dann durch eine Wicklung 126 vervollständigt, die auf den Spulenkern 122 aufgebracht wird.
-
Der Array 100 weist somit vier erfindungsgemäße Luftventile auf, die einen gemeinsamen Grundkörper 104 und eine gemeinsame Gehäusewand 106 aufweisen. Die vier Luftventile können unabhängig voneinander geschaltet werden, da jedes der Luftventile eine eigene Spule 32 aufweist. Der Array 100 kann dadurch in äußerst platzsparender Weise ausgebildet werden. Eine Verknüpfung der vier Luftventile kann durch entsprechende Gestaltung von Kanälen innerhalb des Grundkörpers 104 oder der Gehäusewand 106 erfolgen. Auch bei dem Array 100 sind durch die Gehäusewand 106 die Spulen 32 und die Leiterplatte 50 außerhalb des Ventilgehäuses angeordnet, das durch den Grundkörper 104 und die Gehäusewand 106 gebildet ist. Die Abdichtung des Ventilgehäuses ist dadurch erheblich vereinfacht.
-
Die Darstellung der 4 zeigt das Verstellelement 26 in vergrößerter Darstellung. Das Verstellelement 26 weist den Permanentmagneten 52 und einen Lagerabschnitt 62 sowie einen Endabschnitt 64 auf. Am Endabschnitt 64 ist das freie Ende 40 des Verstellelements 26 sowie auch der Absperrkörper 24 angeordnet. Der Lagerabschnitt 62 weist an seinen Längskanten zwei gegenüberliegende Ausnehmungen 66 auf. Diese Ausnehmungen oder Ausklinkungen 66 sind, wie erläutert wurde, dafür vorgesehen, in dem gabelförmigen Ende des ersten Jochabschnitts 36 aufgenommen zu werden. Die Ausnehmungen 66 sind dabei breiter als die Gabelenden des zweiten Jochabschnitts 36, so dass eine Schwenkbewegung des Verstellelements 26 noch möglich ist. Das Verstellelement 26 weist weiter eine Verstärkungsplatte 68 auf. Diese Verstärkungsplatte 68 ist etwas länger als der Permanentmagnet 52 und sorgt für eine sichere Verbindung des Lagerabschnitts 62, des Permanentmagneten 52 und des Endabschnitts 64.
-
5 zeigt das Verstellelement 26 in auseinandergezogener Darstellung. Der Lagerabschnitt 62 und der Endabschnitt 64 können mit den Stirnenden des Permanentmagneten 52 verklebt werden. Auch die Verstärkungsplatte 68 kann dann verklebt werden. Ebenfalls ist eine Verbindung des Lagerabschnitts 62 und des Permanentmagneten 52 bzw. des Permanentmagneten und des Endabschnitts 64 mittels Laserschweißen möglich.
-
6 zeigt das Verstellelement 26, wobei die Verstärkungsplatte 68 noch nicht angebracht ist.
-
Die Darstellung der 7 zeigt den Array 100 der 3 bei abgenommener Abdeckhaube 118 in einer Ansicht von schräg oben. Zu erkennen sind die Grundplatte 102, der Grundkörper 104, zwei erste Jochabschnitte 34 und die Leiterplatte 50.
-
Weiter ist zu erkennen, dass der Grundkörper 104 mit Schlauchanschlüssen 130 versehen ist, die Lufteinlässe oder Luftauslässe der einzelnen Ventile bilden.
-
8 zeigt den Array 100 der 7 in einem Zustand, in dem die Leiterplatte 50 mit den an der Leiterplatte 50 befestigten Spulen 32 von der Gehäusewand 106 abgehoben ist. In dieser Darstellung ist sehr deutlich die Trennung der elektrischen Komponenten, nämlich der Leiterplatte 50 mit den Spulen 32, von den Ventilkomponenten im Ventilgehäuse 12 zu erkennen, wobei diese Trennung durch die Gehäusewand 106 bewirkt wird.
-
9 zeigt eine Schnittansicht des Arrays 100 der 7. In dieser Schnittansicht ist zu erkennen, dass die Enden der ersten Jochabschnitte 34 in Vertiefungen der Edelstahlmembran 108 liegen, wobei die Membran 108 wiederum in die Kunststoffplatte 110 eingespritzt ist. Es ist auch zu erkennen, dass die Edelstahlmembran 108 im Bereich der Vertiefungen 112 nicht vom Kunststoff der Kunststoffplatte 110 umgeben ist. Die Enden der ersten Jochabschnitte 34 liegen dadurch unmittelbar auf der Edelstahlmembran 108 im Bereich der Vertiefungen 112 auf. In der Schnittansicht der 9 ist zu erkennen, dass dadurch ein sehr geringer Spalt zwischen dem Ende 38 des ersten Jochabschnitts 34 und dem Ende 42 des zweiten Jochabschnitts 36 erzielt wird, wobei das Ende 42 des zweiten Jochabschnitts 36 im Bereich der Schwenklagerung 30 des Verstellelements 26 angeordnet ist. Die ersten Jochabschnitte 34, die zweiten Jochabschnitte 36 und auch die Verstellelemente 26 aller vier erfindungsgemäßen Luftventile des Arrays 100 sind identisch ausgebildet. Die Darstellung der 9 zeigt die Verstellelemente 26 in einer an und für sich nicht realisierbaren waagrechten Zwischenstellung. Wie ausgeführt wurde, nehmen die Verstellelemente 26 entweder die in 1 dargestellte untere Dichtposition oder die in 2 dargestellte obere Dichtposition ein.
-
9 lässt zwischen einer Unterseite des Grundkörpers 104 und der Grundplatte 102 Hohlräume 132 erkennen. Diese Hohlräume 132 können Luftkanäle bilden, die die einzelnen Luftventile des Arrays 100 miteinander verbinden. Beispielsweise ist in 9 zu erkennen, dass die Lufteinlässe 18 der beiden in 9 geschnittenen Ventile mittels eines Hohlraums 132 miteinander verbunden sind.
-
Die Darstellung der 10 zeigt den Array 100 der 7 von unten, wobei die Grundplatte 102 abgenommen wurde. Der Array 100 weist, wie ausgeführt wurde, vier erfindungsgemäße Luftventile auf, die in der Darstellung der 10 die Bezeichnungen 1V1, 2V1, 3V1 bzw. 3V2 tragen. In der Ansicht der 10 sind insgesamt fünf Hohlräume 132a, 132b, 132c, 132d und 132e an der Unterseite des Grundkörpers 104 zu erkennen. Diese Hohlräume dienen zum Teil als Luftkanäle.
-
So ist der Hohlraum 132a mit dem Lufteinlass 130a des Arrays 100 verbunden. 11 zeigt eine abschnittsweise Schnittansicht im Bereich A der 10. Es ist zu erkennen, dass in den Array 100 eingeleitete Druckluft über den Schlauchanschluss 130a nach unten abgeleitet wird und in den Hohlraum 132a zwischen dem Grundkörper 104 und der Grundplatte 102 geleitet wird.
-
In der Ansicht der 10 ist zu erkennen, dass die Druckluft sich dann über den Hohlraum 132a zu den Lufteinlassöffnungen 18 der Ventile 1V1, 2V1 und 3V2 ausbreiten kann. Im Hohlraum 132e endet dahingegen eine Luftauslassöffnung 134 für die Ventile 3V1 und 3V2.
-
Durch geeignete Gestaltung der Unterseite des Grundkörpers 104 bzw. auch der Grundplatte 102 kann dadurch die Luft von den Schlauchanschlüssen 130, 130a in gewünschter Weise zu den einzelnen Ventilen 1V1, 2V1, 3V2 bzw. 3V1 verteilt werden und es können die gewünschten pneumatischen Schaltfunktionen realisiert werden.
-
Die Darstellung der 12 zeigt eine Schnittansicht durch den Array 100 der 7, wobei lediglich das Ventilgehäuse 12, siehe 8, dargestellt ist und der Schnitt durch die Ventile 1V1 und 2V1 verläuft, vgl. 10. 12 verdeutlicht schematisch zwei verschiedene Schaltzustände der Ventile 1V1 und 2V1. Wenn sich die Verstellelemente 26 jeweils in der oberen Dichtposition befinden, sind die Luftauslassöffnungen 20 der beiden Ventile 1V1 und 2V1 verschlossen. Druckluft kann dadurch ausgehend von dem Hohlraum 132a, vgl. 10, durch die Lufteinlassöffnungen 18 einströmen und dann aus dem Ventil 2V1 über den Schlauchanschluss 130d bzw. aus dem Ventil 1V1 über den Schlauchanschluss 130c entweichen. Dieser Weg der Druckluft ist in 12 mittels der Pfeile 136a und 136b dargestellt. Die Pfeile 136a und 136b stellen beispielsweise die Luftwege dar, wenn Lordose- oder Massagekissen eines Fahrzeugsitzes aufgepumpt werden sollen.
-
Befinden sich die Verstellelemente 26 der Ventile 1V1 und 2V1 hingegen in der unteren Dichtposition, sind die Lufteinlassöffnungen 18 der Ventile 1V1 und 2V1 verschlossen. Die Luftauslassöffnungen 20 der Ventile 1V1 und 2V1 sind dann freigegeben. Die Luft kann damit durch das Ventil 1V1 in einer Richtung vom Schlauchanschluss 130c und durch die Luftauslassöffnung 20 strömen bzw. durch das Ventil 2V1 vom Schlauchanschluss 130e zur Luftauslassöffnung 20. Diese beiden Luftwege sind in 12 durch die Pfeile 138a bzw. 138b bezeichnet und können beispielsweise das Ablassen der Luft aus einem Lordose- oder Massagekissen eines Fahrzeugsitzes symbolisieren.
-
Die Darstellung der 13 zeigt eine Schnittansicht des Arrays der 7, wobei, vgl. 10, die Schnittebene durch die Ventile 3V1 und 3V2 läuft. Wieder sind die Luftwege für zwei unterschiedliche Stellungen der Verstellelemente 26 der Luftventile 3V2 und 3V1 dargestellt.
-
Befinden sich die Verstellelemente 26 der Ventile 3V2 und 3V1 in der oberen Dichtposition, so ist die Luftauslassöffnung 134 des Ventils 3V2 freigegeben, vgl. 10, und die Lufteinlassöffnung 18 des Ventils 3V1 ebenfalls freigegeben. Da die Luftauslassöffnung 134 eine gemeinsame Luftauslassöffnung für die Ventile 3V1 und 3V2 bildet, ist der gerade beschriebene Zustand, dass sich also die Verstellelemente der Ventile 3V2 und 3V1 beide in ihrer oberen Position befinden, nicht erwünscht. Stattdessen wird das Verstellelement 26 des Ventils 3V2 in die untere Dichtposition gebracht, wohingegen das Verstellelement 26 des Ventils 3V1 in die obere Dichtposition gebracht wird. In diesem Zustand verschließt dann also das Verstellelement 26 des Ventils 3V2 die gemeinsame Luftauslassöffnung 134 und das Verstellelement 26 des Ventils 3V1 gibt die Lufteinlassöffnung des Ventils 3V1 frei. In diesem Zustand kann Druckluft vom Schlauchanschluss 130a durch den Hohlraum 132a in die Lufteinlassöffnung 18 des Ventils 3V1 gelangen, vgl. 10. Die Luft kann dann durch das Ventil 3V1 in den Schlauchanschluss 130b gelangen. Dieser Weg der Druckluft ist in 13 durch einen Pfeil 140a dargestellt. Befindet sich hingegen das Verstellelement 26 des Ventils 3V1 in seiner unteren Dichtposition und das Verstellelement 26 des Ventils 3V2 in seiner oberen Dichtposition, ist der Lufteinlass 18 des Ventils 3V1 verschlossen, der gemeinsame Luftauslass 134 der Ventile 3V2 und 3V1 hingegen freigegeben. Druckluft kann nun also gemäß dem in 13 mit der Bezugsziffer 140b bezeichneten Entlüftungsweg vom Schlauchanschluss 130b durch das Ventil 3V1 in das Ventil 3V2 und durch die Entlüftungsöffnung 134 in die Atmosphäre gelangen. Um den Übertritt der Luft vom Ventil 3V1 in das Ventil 3V2 zu ermöglichen, ist eine Ausnehmung 142 in einer Trennwand des Grundkörpers 104 zwischen den beiden trogförmigen Ausnehmungen für die Ventile 3V1 und 3V2 vorgesehen. Am Beispiel der 12 ist diese Trennwand des Grundkörpers 104 zwischen den Ventilen 2V1 und 1V1 hingegen verschlossen, so dass zwischen den Ventilen 2V1 und 1V1 ein Luftübertritt nur über den Hohlraum 132a möglich ist.
-
Mittels des erfindungsgemäßen Arrays lassen sich dadurch verschiedenartigste pneumatische Schaltfunktionen auf sehr kompaktem Raum realisieren. Solche pneumatischen Schaltfunktionen werden beispielsweise für das Aufblasen bzw. Entlüften von Lordose- bzw. Massagekissen in einem Fahrzeugsitz benötigt.
