DE102017213736B3

DE102017213736B3 - Pneumatisches Ventil

Info

Publication number: DE102017213736B3
Application number: DE102017213736.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Beuschel; Stefan Bauer; Markus Ziegelmeier
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2037-08-09
Also published as: US20190049028A1; CN109386634B; US10808853B2; CN109386634A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein pneumatische Ventil, umfassend eine Luftkammer (10) mit einem Zufuhranschluss (6) zur Zufuhr von Druckluft in die Luftkammer (10) und einem oder mehreren Abfuhranschlüssen (7, 8) zur Abfuhr von Druckluft aus der Luftkammer (10). In dem Ventil (1) ist ein Aktor (11, 13, 23) mit einem beweglichen Schließelement (11) vorgesehen, das bei aktiviertem Aktor (11, 13, 23) in einer Sperrstellung angeordnet ist, in der die Zufuhr von Druckluft über den Zufuhranschluss (6) gesperrt ist, und das bei deaktiviertem Aktor (11, 13, 23) in einer Freigabestellung angeordnet ist, in der die Zufuhr von Druckluft über den Zufuhranschluss (6) ermöglicht ist. Der Aktor (11, 13, 23) ist derart ausgestaltet, dass das Schließelement (11) bei Deaktivieren des Aktors (11, 13, 23) mittels einer Rückstellkraft in die Freigabestellung bewegt wird. Ferner ist am Zufuhranschluss (6) ein Rückschlagventil (5) mit einem elastischen Mittel (14) vorgesehen. Die elastische Kraft des elastischen Mittels (14) verhindert in der Freigabestellung des Schließelements (11) einen Rückfluss von Druckluft aus der Luftkammer (10) in den Zufuhranschluss (6) bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss (6). Das erfindungsgemäße pneumatische Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass die Rückstellkraft zur Bewegung des Schließelements (11) in die Freigabestellung durch das elastische Mittel (14) des Rückschlagventils (5) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Ventil sowie eine Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Sitzes, welche ein oder mehrere pneumatische Ventile umfasst.
In eine Vielzahl von technischen Anwendungsgebieten werden zur Steuerung von Luftströmen pneumatische Ventile verwendet. Beispielsweise kommen pneumatische Ventile in Verkehrsmitteln zur Sitzverstellung zum Einsatz. Dabei werden die Ventile zur Steuerung der Befüllung von elastischen Luftblasen zur Formung von Sitzkonturen genutzt.
Um den Bauraum sowie die Herstellungskosten von pneumatischen Ventilen zu reduzieren, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt.
In dem Dokument DE 10 2013 220 557 A1 ist eine elektromagnetische Ventilanordnung mit zumindest einem Ventil beschrieben, wobei ein kompakter Bauraum des Ventils dadurch erreicht werden kann, dass eine Längsachse der Spule eines elektromagnetischen Stellelements und eine Längsachse des Ventils im senkrechten Winkel zueinander angeordnet sind.
In dem Dokument EP 2 361 800 B1 ist eine pneumatische Einstellvorrichtung für einen Sitz mit einer Ventilanordnung beschrieben, wobei eine Fluiddruckquelle und die Ventilanordnung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die Ventilanordnung dieses Dokuments zeigt ferner 3/2-Schaltventile mit vorgelagerten Rückschlagventilen. Die Schaltventile und Rückschlagventile sind dabei eigenständige Komponenten, die durch zusätzliche Verbindungsbauteile miteinander gekoppelt werden.
Aus dem Dokument US 6 206 044 B1 ist ein Bypass-Magnetventil mit einer integralen Rückschlagventilanordnung zum Umleiten eines überschüssigen Fluidpumpenstroms bekannt. Die integrale Rückschlagventilanordnung ermöglicht den Fluidfluss von einem Einlass zu einer Auslassöffnung in einem normalen Betriebsmodus. Bei Betätigung einer Magnetventil-Unterbaugruppe leitet das Bypass-Magnetventil den überschüssigen Fluidpumpenstrom zu einer Umgehungsöffnung, um den überschüssigen Fluidpumpenstrom immer dann zu rezirkulieren, wenn die Fluidstromanforderung niedrig ist, sodass ein nahezu konstanter Systemdruck aufrechterhalten werden kann. Die Rückschlagventilanordnung verhindert, dass rezirkuliertes Fluid direkt in den Arbeitshydraulikkreislauf eintritt.
Aus dem Dokument US 2014 / 0 230 921 A1 ist eine Einstellvorrichtung für eine Fahrzeugkomponente bekannt, umfassend mindestens eine aufblasbare Kammer und eine Pumpe, die konfiguriert ist, der mindestens einen aufblasbaren Kammer Fluid zuzuführen. Die Pumpe umfasst ein Gehäuse, eine erste Ausgangsöffnung, die an dem Gehäuse vorgesehen ist, und eine zweite Ausgangsöffnung, die an dem Gehäuse vorgesehen ist. Mindestens einer der ersten und zweiten Ausgangsöffnungen hat ein integriertes Rückschlagventil, das an der jeweiligen Ausgangsöffnung angeordnet ist. Das integrierte Rückschlagventil ist so konfiguriert, dass es Fluid, das von einer Pumpenkammer abgegeben wird, aufnimmt und steht in direkter Fluidverbindung mit der jeweiligen Ausgangsöffnung. Das integrierte Rückschlagventil ist innerhalb des Gehäuses angeordnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein pneumatisches Ventil mit Aktor und integriertem Rückschlagventil zu schaffen, das kompakt aufgebaut ist und kostengünstig hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das pneumatische Ventil gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das erfindungsgemäße pneumatische Ventil umfasst eine Luftkammer mit einem Zufuhranschluss zur Zufuhr von Druckluft in die Luftkammer und einem oder mehreren Abfuhranschlüssen zur Abfuhr von Druckluft aus der Luftkammer. Ferner ist in dem Ventil ein Aktor mit einem beweglichen Schließelement vorgesehen, das bei aktiviertem Aktor (d.h. bei elektrischer Energie- bzw. Stromzufuhr zum Aktor) in einer Sperrstellung angeordnet ist, in der die Zufuhr von Druckluft über den Zufuhranschluss gesperrt ist, und dass bei deaktiviertem Aktor (d.h. ohne Zufuhr von elektrischer Energie bzw. Strom) in einer Freigabestellung angeordnet ist, in der die Zufuhr von Druckluft über den Zufuhranschluss ermöglicht ist.
Der Aktor des erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils ist derart ausgestaltet, dass das Schließelement bei Deaktivieren des Aktors mittels einer Rückstellkraft in die Freigabestellung bewegt wird. Am Zufuhranschluss ist ferner ein Rückschlagventil mit einem elastischen Mittel vorgesehen, wobei die elastische Kraft des elastischen Mittels in der Freigabestellung des Schließelements einen Rückfluss von Druckluft aus der Luftkammer in den Zuluftanschluss bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss verhindert. Vorzugsweise ist in diesem Ventil der durch den Aktor ausgeübte Druck auf den Zufuhranschluss in der Sperrstellung höher und insbesondere deutlich höher als der in der Freigabestellung durch das Rückschlagventil ausgeübte Druck, der dem Öffnungsdruck des Rückschlagventils entspricht.
Das erfindungsgemäße pneumatische Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass die Rückstellkraft zur Bewegung des Schließelements in die Freigabestellung durch das elastische Mittel des Rückschlagventils erzeugt wird. Mit anderen Worten übernimmt das elastische Mittel eine Doppelfunktion, indem es sowohl die Rückstellkraft des Aktors als auch die elastische Kraft des Rückschlagventils erzeugt. Dies gewährleistet einen kompakten Aufbau mit geringen Kosten, da nur noch ein einzelnes elastisches Mittel für zwei Funktionen benötigt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Ventil einen ersten und einen zweiten Abfuhranschluss, wobei in der Freigabestellung des Schließelements bei Zufuhr von Druckluft ein Durchfluss der Druckluft von dem Zufuhranschluss zu dem ersten Abfuhranschluss ermöglicht wird und gleichzeitig eine Sperrung des zweiten Abfuhranschlusses bewirkt wird. Demgegenüber wird in der Sperrstellung des Schließelements eine Verbindung zwischen dem ersten Abfuhranschluss und dem zweiten Abfuhranschluss über die Luftkammer hergestellt. Vorzugsweise stellt der erste Abfuhranschluss dabei einen Abfuhranschluss hin zu einem pneumatischen Verbraucher, wie z.B. eine Luftblase, dar. Demgegenüber ist der zweite Abfuhranschluss vorzugsweise ein Entlüftungsanschluss. Mittels dieser Variante der Erfindung wird eine einfache Realisierung eines 3/2-Schaltventils ermöglicht.
In einer weiteren Variante ist das im erfindungsgemäßen Ventil vorgesehene elastische Mittel eine Feder und insbesondere eine Schraubenfeder.
Ferner ist in einer weiteren vorteilhaften Variante zumindest ein Teil des elastischen Mittels in zumindest einer Bohrung in dem Schließelement geführt, wodurch ein stabiler Aufbau des Ventils erreicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Ventil ein Magnetventil mit einem elektromagnetischen Aktor, in dem ein Schließelement in der Form eines Ankers durch Bestromung bewegbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Rückschlagventil ein separates, von dem Schließelement verschiedenes Schließbauteil, auf welches die elastische Kraft des elastischen Mittels wirkt, um in der Freigabestellung des Schließelements einen Rückfluss von Druckluft aus der Luftkammer in den Zufuhranschluss bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss zu verhindern. Dieses separate Schließbauteil führt nicht die Bewegung des Schließelements zwischen der Sperrstellung und der Freigabestellung durch.
In einer Variante der soeben beschriebenen Ausführungsform sind am Zufuhranschluss zwei separate Dichtsätze für das Schließelement und das Rückschlagventil vorgesehen, wobei in der Sperrstellung eine Dichtfläche des Schließelements auf den Dichtsitz für das Schließelement gedrückt wird und wobei in der Freigabestellung das separate Schließbauteil bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss über die elastische Kraft des elastischen Mittels auf den Dichtsitz für das Rückschlagventil gedrückt wird.
In einer alternativen Ausgestaltung des obigen Ventils mit separatem Schließbauteil ist ein einzelner Dichtsatz vorgesehen, wobei in der Sperrstellung das Schließelement über das elastische Mittel eine Kraft auf das separate Schließbauteil ausübt, um hierdurch das separate Schließbauteil auf den einzelnen Dichtsitz zu drücken und die Sperrung des Zufuhranschlusses zu bewirken, und wobei in der Freigabestellung das separate Schließbauteil bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss über die elastische Kraft des elastischen Mittels auf den einzelnen Dichtsitz gedrückt wird. Mit dieser Variante kann ein kompakter Aufbau des Ventils dadurch erreicht werden, dass nur ein Dichtsitz sowohl für die Sperrstellung des Ventils als auch die Funktion des Rückschlagventils verwendet wird.
In einer weiteren Variante ist das elastische Mittel zwischen einem ersten Anschlag am Schließelement und einem zweiten Anschlag am separaten Schließbauteil angeordnet, wodurch eine einfache Übertragung der Kraft des elastischen Mittels sowohl zum Schließelement als auch zum Schließbauteil erreicht wird.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das separate Schließbauteil an dem Ende, welches auf den Zufuhranschluss zuweist, kugelförmig oder kegelförmig ausgestaltet, wodurch eine effiziente Abdichtung erreicht wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das separate Schließbauteil einen sich von dem Zufuhranschluss weg erstreckenden Fortsatz auf, gegen den das Schließelement in der Sperrstellung drückt, um die Zufuhr von Druckluft über den Zufuhranschluss zu sperren. Der Fortsatz kann beispielsweise als Stift oder Stange ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist der Fortsatz zumindest abschnittsweise in einer Bohrung des Schließelements geführt. Alternativ oder zusätzlich erstreckt sich der Fortsatz zumindest abschnittsweise durch das elastische Mittel hindurch. Auf diese Weise kann eine stabile Führung des Fortsatzes bzw. des elastischen Mittels gewährleistet werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist am Zufuhranschluss ein einzelner Dichtsitz vorgesehen und zumindest ein Teil des Schließelements des Aktors stellt ein Schließbauteil des Rückschlagventils dar, d.h. das Schließbauteil gehört zum Schließelement und ist mit diesem beweglich. Dabei drückt in der Sperrstellung eine Dichtfläche des Schließbauteils auf den einzelnen Dichtsitz. Ebenso drückt in der Freigabestellung die Dichtfläche des Schließbauteils bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss auf den einzelnen Dichtsitz. Mit dieser Variante der Erfindung wird ein platzsparender Aufbau durch Integration des Schließbauteils in dem Schließelement erreicht.
In einer bevorzugten Variante der soeben beschriebenen Ausführungsform umfasst das Schließelement einen ersten Teil und einen davon getrennten zweiten Teil, zwischen denen das elastische Mittel angeordnet ist, wobei der zweite Teil das Schließbauteil des Rückschlagventils bildet.
Neben dem oben beschriebenen Ventil betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Sitzes in einem Verkehrsmittel, wobei die Vorrichtung mehrere Luftblasen umfasst, durch deren Befüllen und Entleeren die Verstellung des Sitzes bewirkt wird. Jeder Luftblase ist ein getrennt schaltbares erfindungsgemäßes Ventil zugeordnet, wobei alle Ventile über ihren jeweiligen Zufuhranschluss an eine gemeinsame Druckluftzufuhr angeschlossen sind und jede Luftblase mit einem Abfuhranschluss des ihr zugeordneten Ventils verbunden ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die obige pneumatische Sitzverstellung mit der oben beschriebenen Variante des erfindungsgemäßen Ventils kombiniert, welche einen ersten und einen zweiten Abfuhranschluss umfasst. Dabei ist der erste Abfuhranschluss ein Arbeitsanschluss, an dem eine jeweilige Luftblase zum Befüllen mit Druckluft aus der Druckluftzufuhr angeschlossen ist. Demgegenüber ist der zweite Abfuhranschluss ein Entlüftungsanschluss zum Entlüften der jeweiligen Luftblase. In dieser Sitzverstellung kann bei entsprechender Auslegung der Ventile ein Teil der Ventile in die Sperrstellung (d.h. die Entlüftungsstellung) geschaltet werden, wohingegen ein anderer Teil der Ventile befüllt wird.
In einer bevorzugten Variante der soeben beschriebenen Ausführungsform ist der Aktor jedes Ventils derart ausgestaltet, dass der Aktor in der Sperrstellung des Schließelements einen Druck auf den Zufuhranschluss ausübt, der um den maximal zulässigen Befülldruck der Luftblasen im Vergleich zum Druck auf den Zufuhranschluss erhöht ist, den das Rückschlagventil auf den Zufuhranschluss in der Freigabestellung des Schließelements bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss ausübt. In einer Schaltstellung, in der ein Teil der Luftblasen befüllt wird und zumindest eine Luftblase entlüftet wird, kann mit dieser Variante durch das Ventil der gerade entlüfteten Luftblase ein Überdruckventil bzw. Druckbegrenzungsventil geschaffen werden. Überschreitet der Befülldruck der Luftblasen nämlich den maximal zulässigen Befülldruck, geht das Ventil der entlüfteten Luftblase in die Freigabestellung über und verhindert somit ein Bersten der gerade befüllten Luftblasen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen:

1 ein Schaltdiagramm einer pneumatischen Sitzverstellung, in der erfindungsgemäße Ventile verwendet werden;
2 bis 4 Schnittansichten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils in unterschiedlichen Schaltstellungen;
5 und 6 Schnittansichten einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils in unterschiedlichen Schaltstellungen;
7 und 8 Schnittansichten einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils in unterschiedlichen Schaltstellungen; und
9 bis 11 Schnittansichten einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils in unterschiedlichen Schaltstellungen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines pneumatischen Ventils erläutert, welches in einer Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Sitzes in einem Kraftfahrzeug mittels Luftblasen verwendet wird. Nichtsdestotrotz kann das erfindungsgemäße Ventil auch in beliebigen anderen pneumatischen Anwendungen zum Einsatz kommen.
1 zeigt ein Schaltdiagramm einer entsprechenden pneumatischen Sitzverstellung eines Kraftfahrzeugsitzes. Die pneumatische Sitzverstellung enthält eine Druckluftzufuhr 2 in der Form eines Kompressors, der über Druckluftleitungen und zwischengeschaltete Ventile 1 mit zwei Luftblasen 3 und 4 verbunden ist. Die Luftblasen sind dabei in dem Kraftfahrzeugsitz integriert und dienen beispielsweise als Lordosenstütze. Jedes Ventil 1 umfasst ein Rückschlagventil 5 sowie ein weiteres 3/2-Ventil mit einem Zuluftanschluss 6, einem zur Luftblase führenden Arbeitsanschluss 7 sowie einem Entlüftungsanschluss 8. In dem Entlüftungsanschluss ist dabei ein Dämpfer 9 integriert. Der in 1 gezeigte pneumatische Aufbau ist zwar an sich bekannt, jedoch werden die Funktionalitäten des Rückschlagventils und des 3/2-Ventils nunmehr auf spezielle Art und Weise in einem einzelnen pneumatischen Ventil 1 integriert, wie weiter unten näher erläutert wird.
In der pneumatischen Sitzverstellung der 1 können die beiden 3/2-Ventile separat voneinander geschaltet werden. In der Sperrstellung des jeweiligen 3/2-Ventils, in der die Luftblase 3 bzw. 4 entlüftet wird, wird durch dieses Ventil ein Druck auf den Zuluftanschluss 6 ausgeübt, der höher ist als der Druck, den das Rückschlagventil 5 gegen die Druckluft der Druckluftzufuhr 2 ausübt, wenn sich das 3/2-Ventil in der Freigabestellung befindet, d.h. wenn der Zuluftanschluss 6 mit dem Arbeitsanschluss 7 verbunden ist.
Durch diese Wahl der Drücke wird erreicht, dass eine Luftblase befüllt werden kann, während die andere Luftblase entlüftet wird. Hierzu wird das 3/2-Ventil der zu befüllenden Luftblase in die Freigabestellung geschaltet, was zur Druckluftzufuhr zur Luftblase durch Überwindung der Schließkraft des Rückschlagventils führt. Demgegenüber befindet sich das 3/2-Ventil der zu entlüftenden Luftblase in der Sperrstellung, welche sich dadurch auszeichnet, dass die Druckluft der Druckluftzufuhr das 3/2-Ventil nicht öffnen kann, sofern ein vorgegebener maximaler Befülldruck nicht überschritten wird. Demzufolge kann der Entlüftungsvorgang der entsprechenden Luftblase parallel zum Befüllvorgang der anderen Luftblase ablaufen.
Im Folgenden werden verschiedene Varianten eines erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils 1 erläutert, welches in der Sitzverstellung der 1 zum Einsatz kommen kann. Alle Varianten haben dabei gemeinsam, dass die Funktion des 3/2-Ventils in der Schaltanordnung der 1 mittels eines elektromagnetischen Aktors erreicht wird, d.h. bei den Ventilen handelt es sich um Magnetventile.
Gemäß der Ausführungsform der 2 bis 4 umfasst das pneumatische Ventil 1 ein luftdichtes Gehäuse 10, durch das eine Luftkammer gebildet wird, wobei die Außenfläche eines Jochs 23 einen Teil des Gehäuses bildet. In dem Gehäuse befindet sich der elektromagnetische Aktor, der einen in horizontaler Richtung beweglichen Anker 11 aus magnetischem Material umfasst. Zur Bewegung des Ankers ist um diesen eine Spule 13 angeordnet, die wiederum durch das bereits oben erwähnte Joch 23 umgeben ist. In dem Ventilgehäuse 10 ist der Zuluftanschluss 6 vorgesehen, der an die Druckluftzufuhr 2 der 1 angeschlossen ist. Ferner beinhaltet das Gehäuse den Arbeitsanschluss 7, der zu einer entsprechenden Luftblase 3 bzw. 4 führt, sowie den Entlüftungsanschluss 8, in dem sich der Dämpfer 9 befindet.
In der Ausführungsform der 1 wird das Rückschlagventil 5 durch eine Kugel 15 und eine Schraubenfeder 14 gebildet, wobei die Kugel 15 mittels der Federkraft der Schraubenfeder 14 gegen einen Dichtsitz 17 gedrückt wird, der in dem Zuluftanschluss 6 vorgesehen ist. Neben diesem Dichtsitz 17 umfasst der Zuluftanschluss den weiteren Dichtsitz 16. Dieser Dichtsitz wechselwirkt mit einem Dichtpad 12, welches auf der rechten Seite des Ankers 11 ausgebildet ist und in der Sperrstellung des Ventils auf den Dichtsitz 16 drückt. Ferner ist auf der entgegengesetzten Seite des Ankers 11 das weitere Dichtpad 12' vorgesehen, das in der Freigabestellung des Ankers bzw. des Aktors gegen einen Dichtsitz des Entlüftungsanschlusses 8 drückt und hierdurch diesen Anschluss sperrt.
Die Ausführungsform der 2 bis 4 und auch alle weiter unten erläuterten Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, dass die Feder 14 des Rückschlagventils 5 auch die Funktion übernimmt, eine Rückstellkraft für den Anker 11 zu erzeugen, um diesen aus der Sperrstellung in die Freigabestellung zu bewegen, wie im Folgenden näher beschrieben wird.
2 zeigt die Freigabestellung des Ventils 1. In dieser Stellung ist die Spule 13 unbestromt, was zur Folge hat, dass die Feder 14 den Anker 11 gegen den Entlüftungsanschluss 8 drückt. In dieser Stellung ist das Dichtpad 12 von dem Dichtsitz 16 des Zuluftanschlusses 6 abgehoben, so dass Druckluft durch Überwindung der Schließkraft des Rückschlagventils 5 über den Zuluftanschluss 6, den Arbeitsanschluss 7 und die daran angeschlossene Leitung in die entsprechende Luftblase fließen kann. Dies wird anhand von 3 verdeutlicht. In dieser Figur ist analog zu 2 die Freigabestellung des Ventils gezeigt, wobei nunmehr jedoch der Durchfluss der Druckluft durch entsprechende Pfeile P angedeutet ist. Wie man erkennt, öffnet die Druckluft das Rückschlagventil 5 durch Überwindung der durch die Feder 14 erzeugten Kraft.
Um das Ventil von der Freigabestellung der 2 in die Sperrstellung zu schalten, wird die Spule 13 bestromt. Hierdurch wird eine Anziehungskraft auf den Anker 11 erzeugt, welche den Anker gegen die Kraft der Feder 14 nach rechts zieht, bis der Anker mit seinem Dichtpad 12 auf dem Dichtsitz 16 des Zuluftanschlusses 6 aufliegt. Diese Sperrstellung ist in 4 angedeutet. Wie man erkennt, ist nunmehr der Zuluftanschluss 6 verschlossen, wohingegen aufgrund der Bewegung des Ankers 11 nach rechts der Entlüftungsanschluss 8 geöffnet ist. Als Konsequenz kann die am Arbeitsanschluss 7 angeschlossene Luftblase über den Entlüftungsanschluss 8 entlüftet werden, wie durch die entsprechenden Pfeile P in 4 angedeutet ist.
Wird die Sperrstellung des Ventils durch Unterbrechung der Bestromung der Spule 13 beendet, drückt die Feder 14 den Anker 11 wieder in die Freigabestellung. Demzufolge übernimmt die Feder neben ihrer Funktion zur Erzeugung einer Schließkraft des Rückschlagventils auch die Funktion der Erzeugung einer Rückstellkraft für den Anker. Durch die Nutzung der Feder für zwei unterschiedliche Funktionen des Ventils kann ein kompakter und kostengünstiger Aufbau des Ventils erreicht werden.
5 und 6 zeigen Schnittbilder einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils. In diesen Figuren sowie auch in den Figuren der weiteren Ausführungsformen werden gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei deren Funktion nicht nochmals im Detail erläutert wird. In 5 ist wiederum die Freigabestellung des Ventils 1 gezeigt. Das Ventil der 5 unterscheidet sich von dem Ventil der 2 im Wesentlichen darin, dass auf den Dichtsitz 16 am Zuluftanschluss 6 verzichtet wird und nur noch der Dichtsitz 17 vorhanden ist, der sowohl den Dichtsitz für das Rückschlagventil 5 als auch den Dichtsitz zur Realisierung der Sperrstellung des elektromagnetischen Aktors bildet. Aufgrund des fehlenden Dichtsitzes 16 ist es in der Ausführungsform der 5 nicht mehr erforderlich, dass ein Dichtpad 12 auf der rechten Seite des Ankers 11 ausgebildet ist. Demzufolge wird dieses Dichtpad weggelassen und der Anker kontaktiert direkt die Feder 14.
In der Freigabestellung der 5 ist die Spule wieder unbestromt. Die Feder 14 drückt dabei das linke Dichtpad 12' des Ankers 11 gegen den Entlüftungsanschluss 8. Bei Zufuhr von Druckluft wird bei Überwindung der Schließkraft des Rückschlagventils wiederum ein Druckluftpfad von der angeschlossenen Druckluftzufuhr über das Ventil 1 hin zu der Luftblase hergestellt.
In 6 ist die Sperrstellung des Ventils aus 5 dargestellt. Zur Einnahme der Sperrstellung wird die Spule 13 bestromt, wodurch der Anker 11 gegen die Kraft der Feder 14 nach rechts bewegt wird und der Entlüftungsanschluss 8 freigegeben wird. Der Anker 11 drückt durch seine Bewegung nach rechts die Kugel 15 des Rückschlagventils 5 unter Zwischenschaltung der Feder 14 gegen den Dichtsitz 17. Da die Schließkraft des Ankers höher als die des Rückschlagventils ist, wird hierdurch eine zuverlässige Absperrung des Ventils gegen Druckluft am Zuluftanschluss 6 erreicht.
Bei Beendigung der Bestromung der Spule 13 übernimmt die Feder 14 wieder die Funktion einer Rückstellfeder, um die entsprechende Rückstellkraft zu erzeugen, so dass der Anker zurück in die in 5 gezeigte Position bewegt wird. Die Ausführungsform der 5 hat gegenüber der Ausführungsform der 2 den Vorteil, dass das Ventil einfacher aufgebaut ist, da lediglich ein Dichtsitz im Zuluftanschluss ausgebildet werden muss und ferner auf ein Dichtpad auf einer Seite des Ankers verzichtet werden kann.
7 und 8 zeigen eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den anderen Ausführungsformen im Besonderen darin, dass als Schließbauteil des Rückschlagventils anstatt einer Kugel 15 ein Stößel 15' verwendet wird. Die Dichtfläche des Stößels wird durch einen konischen bzw. kegelförmigen Abschnitt 18 am rechten Ende des Stößels 15' gebildet. An diesen Abschnitt schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 19 an. Aus diesem zylindrischen Abschnitt erstreckt sich wiederum ein Fortsatz in der Form eines Führungsstifts 20.
Wie die Kugel 15 der anderen Ausführungsformen wird der Stößel 15' vorzugsweise als Spritzgussbauteil aus Kunststoff gefertigt. Dabei ist es von Vorteil, dass der Stößel eine Dichtfläche in der Form eines Kegelstumpfes besitzt, da hierdurch die Trennebene des zugehörigen Spritzwerkzeugs außerhalb der Dichtlinie gelegt werden kann, wodurch eine verbesserte Dichtheit am Dichtsitz 17 erreicht werden kann.
Im Unterschied zu den anderen Ausführungsformen sind in dem Anker 11 der 7 an seiner rechten Seite ferner zwei Bohrungen 21 und 22 ausgebildet. Die Bohrung 21 weist dabei einen größeren Durchmesser als die Bohrung 22 auf. In die Bohrung 21 ist ein Teil der Feder 14 aufgenommen. Dabei erstreckt sich durch das Innere der Feder 14 der Fortsatz 20, dessen linker Abschnitt in die Öffnung 22 mit verringertem Durchmesser tritt. Auf diese Weise wird eine exakte Führung der Feder und des Stößels erreicht. Hierdurch lassen sich flachere Kennlinien der Feder 14 bzw. genauere Federkräfte darstellen und es wird ein Verkanten des Stößels und eine damit verbundene unzureichende Abdichtung am Dichtsitz vermieden.
Sowohl die Kugel 15 der anderen Ausführungsformen als auch der Stößel 15' der Ausführungsform der 7 sind vorzugsweise durchgängig aus einem einheitlichen elastischen Material gefertigt. Nichtsdestotrotz besteht bei der Verwendung des Stößels 15' auch die Möglichkeit, dass der Kegelstumpf 18 und der Zylinder 19 aus weichem elastischem Material bestehen, wohingegen der Fortsatz 20 aus einer Hartkomponente gebildet ist. Ein solcher Stößel kann als Zwei-Komponenten-Spritzgussteil gefertigt werden.
7 zeigt wiederum die Freigabestellung des Ventils bei unbestromtem Aktor. Dabei drückt das Dichtpad 12' des Ankers 11 auf den Entlüftungsanschluss 8. Ferner liegt der Kegelstumpf 18 des Stößels 15' auf dem Dichtsitz 17 auf, solange keine Druckluft über den Zuluftanschluss 6 zugeführt wird. Bei Druckluftzufuhr wird die Schließkraft des Rückschlagventils überwunden, wodurch der Stößel 15' nach links bewegt wird und hierdurch tiefer in die Öffnung 22 wandert. Als Folge wird der Zuluftanschluss freigegeben und die Druckluft kann von der Druckluftzufuhr in die angeschlossene Luftblase strömen.
Bei Bestromung des Aktors wird die Sperrstellung gemäß 8 eingenommen. Dabei wurde der Anker 11 über die Anziehungskraft der Spule 13 nach rechts gezogen, so dass der Entlüftungsanschluss 8 freigegeben wird. Ferner drückt der Anker über den Boden der Öffnung 22 auf das Ende des Fortsatzes 20, so dass hierdurch eine erhöhte Schließkraft an dem Dichtsitz 17 und damit eine Absperrung des Zuluftanschlusses 6 erreicht werden.
9 bis 11 zeigen eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorangegangenen Ausführungsformen darin, dass das Schließbauteil des Rückschlagventils, welches in den anderen Varianten durch ein separates Bauteil 15 bzw. 15' realisiert wurde, nunmehr Bestandteil des Ankers 11 ist. Hierfür ist der Anker 11 in eine linke Hälfte 11' und eine rechte Hälfte 11" aufgeteilt. Die rechte Hälfte 11" übernimmt dabei die Funktion des Schließbauteils des Rückschlagventils in der Freigabestellung des Aktors. Zwischen den beiden Ankerhälften 11' und 11" ist die Feder 14 des Rückschlagventils angeordnet. Hierfür sind zwei gegenüberliegende zylindrische Bohrungen 21 in den aufeinander zuweisenden Endflächen der Ankerhälften 11' und 11" ausgebildet.
9 zeigt die Freigabestellung des Ventils bei unbestromter Spule. Dabei wird mittels der Feder 14 die linke Ankerhälfte 11 mit ihrem Dichtpad 12' auf dem Entlüftungsanschluss 8 gedrückt. Ferner wird über die Feder 14 auch die Schließkraft des Rückschlagventils dadurch erzeugt, dass die Feder das Dichtpad 12 der rechten Ankerhälfte 11" auf den Dichtsitz 17 drückt, der am vorderen Ende des Zuluftanschlusses 6 vorgesehen ist. Beim Befüllen der Luftblase in der Freigabestellung der 9 wird die rechte Ankerhälfte 11" durch die Druckluft der Druckluftzufuhr geöffnet und die Luft strömt in die angeschlossene Luftblase, wie in 10 durch entsprechende Pfeile P angedeutet ist.
Zum Entlüften der Luftblase wird die Spule 13 bestromt, was zur Folge hat, dass die beiden Ankerhälften 11' und 11" durch die magnetische Kraft der Spule und gegen die Kraft der Feder 14 zusammengepresst werden, so dass die Luft aus der Luftblase über den Entlüftungsanschluss 8 entweichen kann, wie durch die Pfeile P in 11 dargestellt ist, welche den Schaltzustand bei Bestromung der Spule zeigt. Gleichzeitig werden durch geeignete Anordnung der magnetischen Luftspalte die beiden Ankerhälften 11' und 11" gegen den Dichtsitz 17 des Zuluftanschlusses 6 gezogen, so dass dieser über das Dichtpad 12 verschlossen wird. Dabei ist die Kraft auf den Dichtsitz 17 deutlich gegenüber dem nicht bestromten Zustand der Spule erhöht.
Das obige Wirkprinzip des Ventils der 9 bis 11 wird dadurch erreicht, dass der abluftseitige Luftspalt bei der Bewegung des Ankers weitgehend konstant bleibt und somit keine Kraft auf den Anker erzeugt. Der Anker 11 steht jedoch über das Joch 23 hinaus, so dass immer eine ausreichende Überlappung vorhanden ist. Der mittlere Luftspalt reduziert sich nach der Bestromung der Spule im Wesentlichen auf null und bewirkt somit eine Anziehungskraft zwischen den beiden Ankerhälften. Der rechte Luftspalt ist im Ruhezustand deutlich kleiner als der mittlere und übt daher eine größere (nach rechts gerichtete) Kraft auf die rechte Ankerhälfte aus als die anfängliche Anziehungskraft zwischen beiden Ankerhälften. Daher presst die rechte Ankerhälfte 11" ihre Dichtfläche 12 gegen den zuluftseitigen Dichtsitz 17. Die Ausführungsform der 9 bis 11 weist dabei den Vorteil auf, dass eine besonders kompakte Bauform des Ventils erreicht werden kann, da auch die Funktion des Schließbauteils des Rückschlagventils durch den Anker übernommen wird.
Wie bereits oben erwähnt, können die im Vorangegangenen beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Ventils in der pneumatischen Sitzverstellung der 1 zum Einsatz kommen. Dabei ist der benötigte Öffnungsdruck des Ankers (d.h. dessen Schließkraft) in der Sperrstellung des Ventils deutlich höher als der Öffnungsdruck des Rückschlagventils. In einer bevorzugten Variante sind die Ventile 1 dabei derart ausgelegt, dass beim Übergang in die Sperrstellung durch Bestromung der Spule der durch den Aktor ausgeübte Druck auf den entsprechenden Dichtsitz des Zuluftanschlusses um den maximal zulässigen Befülldruck der Luftblasen erhöht wird. Mit anderen Worten wird bei Aktivierung des Ventils der Öffnungsdruck des Rückschlagventils um den maximal zulässigen Befülldruck der Luftblasen heraufgesetzt. Dies hat besondere Vorteile im Falle, dass in der Sitzverstellung der 1 eine Luftblase befüllt wird, wohingegen die anderen Luftblase gerade entlüftet wird. In diesem Fall wirkt das Rückschlagventil der gerade entlüfteten Luftblase, welches sich in der Sperrstellung befindet, als Überdruckventil bzw. Druckbegrenzungsventil. Wird dabei der maximal zulässige Befülldruck der gerade befüllten Luftblase überschritten, führt dies zur Freigabe des Zuluftanschlusses des Ventils der anderen Luftblase, wodurch ein Bersten der gerade befüllten Luftblase verhindert wird.
Wie oben erläutert, werden die beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Ventils in einer pneumatischen Anordnung eingesetzt, welche zwei Luftblasen umfasst. Nichtsdestotrotz kann die Anordnung auch weitere Luftblasen enthalten, wobei jede Luftblase über ein entsprechendes erfindungsgemäßes Ventil angesteuert wird. Sofern beim Befüllen der Luftblasen dabei zumindest eine Luftblase entlüftet wird, wird auch in einer solchen Anordnung bei geeigneter Auslegung der Ventile der obige Vorteil erreicht, wonach das Ventil der gerade entlüfteten Luftblase als Überdruckventil bzw. Druckbegrenzungsventil wirkt.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere kann durch die Doppelfunktion einer Feder zur Bereitstellung einer Rückstellkraft eines 3/2-Schaltventils und einer Schließkraft eines Rückschlagventils ein kompakter Aufbau des Ventils erreicht werden und Kosten bei der Herstellung eingespart werden. Darüber hinaus kann durch entsprechende Auslegung der Ventile in einer pneumatischen Sitzverstellung ein geeigneter Überdruckschutz realisiert werden. Ferner kann das erfindungsgemäße Ventil aufgrund seiner platzsparenden Ausgestaltung leichter als herkömmliche Schaltventile montiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Ventil
2: Druckluftzufuhr
3, 4: Luftblasen
5: Rückschlagventil
6: Zuluftanschluss
7: Arbeitsanschluss
8: Entlüftungsanschluss
9: Dämpfer
10: Luftkammer
11: Schließelement
11', 11": Teile des Schließelements
12, 12': Dichtflächen
13: Spule
14: Feder
15: Kugel
15': Stößel
16, 17: Dichtsitze
18: Kegelstumpf
19: zylindrischer Abschnitt
20: Fortsatz
21, 22: Bohrungen
23: Joch

Claims

Pneumatisches Ventil, umfassend eine Luftkammer (10) mit einem Zufuhranschluss (6) zur Zufuhr von Druckluft in die Luftkammer (10) und einem oder mehreren Abfuhranschlüssen (7, 8) zur Abfuhr von Druckluft aus der Luftkammer (10), wobei in dem Ventil (1) ein Aktor (11, 13, 23) mit einem beweglichen Schließelement (11) vorgesehen ist, das bei aktiviertem Aktor (11, 13, 23) in einer Sperrstellung angeordnet ist, in der die Zufuhr von Druckluft über den Zufuhranschluss (6) gesperrt ist, und das bei deaktiviertem Aktor (11, 13, 23) in einer Freigabestellung angeordnet ist, in der die Zufuhr von Druckluft über den Zufuhranschluss (6) ermöglicht ist, wobei der Aktor (11, 13, 23) derart ausgestaltet ist, dass das Schließelement (11) bei Deaktivieren des Aktors (11, 13, 23) mittels einer Rückstellkraft in die Freigabestellung bewegt wird, wobei am Zufuhranschluss (6) ferner ein Rückschlagventil (5) mit einem elastischen Mittel (14) vorgesehen ist, wobei die elastische Kraft des elastischen Mittels (14) in der Freigabestellung des Schließelements (11) einen Rückfluss von Druckluft aus der Luftkammer (10) in den Zufuhranschluss (6) bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss (6) verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft zur Bewegung des Schließelements (11) in die Freigabestellung durch das elastische Mittel (14) des Rückschlagventils (5) erzeugt wird.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) einen ersten und einen zweiten Abfuhranschluss (7, 8) umfasst, wobei in der Freigabestellung des Schließelements (11) bei Zufuhr von Druckluft ein Durchfluss der Druckluft von dem Zufuhranschluss (6) zu dem ersten Abfuhranschluss (7) ermöglicht ist und gleichzeitig eine Sperrung des zweiten Abfuhranschlusses (8) bewirkt wird und wobei in der Sperrstellung des Schließelements (11) eine Verbindung zwischen dem ersten Abfuhranschluss (7) und dem zweiten Abfuhranschluss (8) über die Luftkammer (10) hergestellt ist.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Mittel (14) eine Feder ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des elastischen Mittels (14) in zumindest einer Bohrung (21) in dem Schließelement (11) geführt ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) ein Magnetventil mit einem elektromagnetischen Aktor (11, 13, 23) ist, in dem ein Schließelement (11) in der Form eines Ankers durch Bestromung einer Spule (13) bewegbar ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (5) ein separates, von dem Schließelement (11) verschiedenes Schließbauteil (15, 15') umfasst, auf welches die elastische Kraft des elastischen Mittels (14) wirkt, um in der Freigabestellung des Schließelements (11) einen Rückfluss von Druckluft aus der Luftkammer (10) in den Zufuhranschluss (6) bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss (6) zu verhindern.
Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Zufuhranschluss (6) zwei separate Dichtsitze (16, 17) für das Schließelement (11) und das Rückschlagventil (5) vorgesehen sind, wobei in der Sperrstellung eine Dichtfläche (12) des Schließelements (11) auf den Dichtsitz (16) für das Schließelement (11) gedrückt wird und wobei in der Freigabestellung das separate Schließbauteil (15, 15') bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss (6) über die elastische Kraft des elastischen Mittels (14) auf den Dichtsitz (17) für das Rückschlagventil (5) gedrückt wird.
Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Zufuhranschluss (6) ein einzelner Dichtsitz (17) vorgesehen ist, wobei in der Sperrstellung das Schließelement (11) über das elastische Mittel (14) eine Kraft auf das separate Schließbauteil (15, 15') ausübt, um hierdurch das separate Schließbauteil (15, 15') auf den einzelnen Dichtsitz (16) zu drücken und die Sperrung des Zufuhranschlusses (6) zu bewirken, und wobei in der Freigabestellung das separate Schließbauteil (15, 15') bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss (6) über die elastische Kraft des elastischen Mittels (14) auf den einzelnen Dichtsitz (17) gedrückt wird.
Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Mittel (14) zwischen einem ersten Anschlag am Schließelement (11) und einem zweiten Anschlag am separaten Schließbauteil (15, 15') angeordnet ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Schließbauteil (15, 15') an dem Ende, welches auf den Zufuhranschluss (6) zuweist, kugelförmig oder kegelförmig ausgestaltet ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Schließbauteil (15, 15') einen sich von dem Zufuhranschluss (6) weg erstreckenden Fortsatz (20) aufweist, gegen den das Schließelement (11) in der Sperrstellung drückt, um die Zufuhr von Druckluft über den Zufuhranschluss (6) zu sperren.
Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (20) zumindest abschnittsweise in einer Bohrung (22) des Schließelements (11) geführt ist und/oder dass sich der Fortsatz (20) zumindest abschnittsweise durch das elastische Mittel (14) hindurch erstreckt.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das am Zufuhranschluss (6) ein einzelner Dichtsitz (17) vorgesehen ist und zumindest ein Teil des Schließelements (11) des Aktors (11, 13, 23) ein Schließbauteil des Rückschlagventils (5) darstellt, wobei in der Sperrstellung eine Dichtfläche (12) des Schließbauteils auf den einzelnen Dichtsitz (17) drückt und wobei auch in der Freigabestellung die Dichtfläche (12) des Schließbauteils bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss (6) auf den einzelnen Dichtsitz (17) drückt.
Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (11) einen ersten Teil (11') und einen davon getrennten zweiten Teil (11'') umfasst, zwischen denen das elastische Mittel (14) angeordnet ist, wobei der zweite Teil (11") das Schließbauteil des Rückschlagventils (5) bildet.
Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Sitzes in einem Verkehrsmittel, umfassend mehrere Luftblasen (3, 4), durch deren Befüllen und Entleeren die Verstellung des Sitzes bewirkt wird, wobei jeder Luftblase (3, 4) ein getrennt schaltbares Ventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zugeordnet ist, wobei alle Ventile über ihren jeweiligen Zufuhranschluss (5) an eine gemeinsame Druckluftzufuhr (2) angeschlossen sind und jede Luftblase (3, 4) mit einem Abfuhranschluss (2) des ihr zugeordneten Ventils (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Luftblase (3, 4) ein Ventil (1) nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 14 in Kombination mit Anspruch 2 zugeordnet ist, wobei der erste Abfuhranschluss (7) ein Arbeitsanschluss ist, an dem eine jeweilige Luftblase (3, 4) zum Befüllen mit Druckluft aus der Druckluftzufuhr (2) angeschlossen ist, und wobei der zweite Abfuhranschluss (8) ein Entlüftungsanschluss zum Entlüften der jeweiligen Luftblase (3, 4) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (11, 13, 23) jedes Ventils (1) derart ausgestaltet ist, dass der Aktor (11, 13, 23) in der Sperrstellung des Schließelements (11) einen Druck auf den Zuluftanschluss (6) ausübt, der um den maximal zulässigen Befülldruck der Luftblasen (3, 4) im Vergleich zum Druck auf den Zuluftanschluss (6) erhöht ist, den das Rückschlagventil auf den Zufuhranschluss (6) in der Freigabestellung des Schließelements (11) bei fehlender Zufuhr von Druckluft am Zufuhranschluss ausübt.