DE102018108069A1

DE102018108069A1 - Ventil und Ventilanordnung

Info

Publication number: DE102018108069A1
Application number: DE102018108069.7A
Authority: DE
Inventors: Erich Dörfler; Matthias Mitzler
Original assignee: Alfmeier Praezision SE
Current assignee: Alfmeier Praezision SE
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2019-10-10
Also published as: CN110345304B; US20190309871A1; US10890268B2; CN110345304A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (2) mit einem Ventilgehäuse (4), umfassend einen Gehäusedeckel (6), einen Gehäuseboden (10) und ein zwischen dem Gehäusedeckel (6) und dem Gehäuseboden (10) angeordnetes Zwischengehäuse (8), wobei das Ventilgehäuse (4) einen Ventilraum (12) umschließt, der eine Strömungskammer (24) und eine Betätigungskammer (26) umfasst, wobei das Ventilgehäuse (4) zumindest eine von der Strömungskammer (24) in die Betätigungskammer (26) mündende Ventilöffnung (14) aufweist, und wobei innerhalb der Betätigungskammer (26) zumindest ein zwischen einer Schließstellung zum Verschließen der Ventilöffnung (14) und einer Öffnungsstellung zur Freigabe der Ventilöffnung (14) axial bewegbares Stellelement (16), ein zur Betätigung des Stellelementes (16) in Öffnungsrichtung dienendes draht- oder bandförmiges SMA-Element (18) aus einer Formgedächtnislegierung, ein zur Bewegung des Stellelementes (16) in Schließrichtung dienendes Rückstellelement (20) und eine Leiterplatte (22) angeordnet sind, wobei das SMA-Element (18) mit einem mittleren Abschnitt (18c) an dem Stellelement (16) fixiert und zur Beaufschlagung mit Strom mit seinen Enden (18a, 18b) mit der Leiterplatte (22) elektrisch verbunden ist, wobei die Strömungskammer (24) und die Betätigungskammer (26) durch eine die Ventilöffnung (14) aufweisende Trennwand (28) derart voneinander getrennt sind, dass ein das Ventil (2) bei Betätigung des Stellelementes (16) durchströmendes Fluid durch die Strömungskammer (24) geleitet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Ventilanordnung (100) mit mehreren solcher Ventile (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Ventilgehäuse, welches einen Ventilraum umschließt und zumindest eine Ventilöffnung aufweist. Zur Betätigung eines solchen Ventils ist innerhalb des Ventilraumes ein Stellelement angeordnet, welches zwischen einer Schließstellung zum Verschließen der Ventilöffnung und einer Öffnungsstellung zur Freigabe der Ventilöffnung bewegbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Ventilanordnung mit mehreren Ventilen.
Die Bewegung des Stellelementes zwischen der Öffnungs- und der Schließstellung kann mithilfe von Formgedächtnislegierungen (Shape Memory Alloys, SMA), beispielsweise in Form von Drähten, erfolgen. Dabei handelt es sich um Legierungen, die abhängig von ihrer Temperatur in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen existieren können. Bei Raumtemperatur liegt ein martensitisches Gefüge mit einem tetragonal-raumzentrierten Gitter vor, das sich ab einer Umwandlungstemperatur von etwa 80°C in ein austenitisches Gefüge mit einem kubisch-flächenzentriertem Gitter umwandelt. Ein Draht aus einer solchen Formgedächtnislegierung hat daher die Eigenschaft, dass er sich aufgrund der Gitterumwandlung von einer Martensit- in eine Austenitstruktur bei Erwärmung über die Umwandlungstemperatur verkürzt. Um das SMA-Element zu erwärmen, wird dieses üblicherweise mit Strom beaufschlagt, wodurch es sich verkürzt und somit das Stellelement bewegen kann.
Aus DE 10 2005 060 217 ist beispielsweise ein Ventil mit einem einen Druckraum umschließenden Ventilgehäuse bekannt, wobei innerhalb des Druckraumes ein Stößel zum Öffnen und Schließen einer Ventilöffnung angeordnet ist. Der Stößel wird dabei zum Öffnen der Ventilöffnung von einem SMA-Element betätigt, welches elektrisch mit einer innerhalb des Ventilgehäuses angeordneten Leiterplatte verbunden ist, um mit Strom beaufschlagt werden zu können. Das SMA-Element ist innerhalb des Druckraumes angeordnet und daher direkt dem Volumenstrom des Ventils, also der durch die Ventilöffnungen in den Druckraum ein- oder ausströmenden Luft ausgesetzt.
Ein solches Ventil bzw. eine Ventilanordnung kann zum Befüllen von Medienspeichern z. B. Fluidblasen, insbesondere Luftblasen bzw. Luftkissen, im Bereich von Automobilsitzen eingesetzt werden. Die bekannten Ventile mit nur einem Stellglied können entweder zum Befüllen oder zum Entleeren der Blase verwendet werden. Sie sind nicht einzeln dazu geeignet, einen Druck in der Blase zu halten. Hierzu ist mit den bekannten Ventilen eine Kombination aus zwei Ventilen notwendig.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Ventil sowie eine Ventilanordnung anzugeben, welches hinsichtlich der genannten Nachteile verbessert ist.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Ventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Das Ventil weist ein Ventilgehäuse umfassend einen Gehäusedeckel, einen Gehäuseboden und ein zwischen dem Gehäusedeckel und dem Gehäuseboden angeordnetes Zwischengehäuse auf. Das Ventilgehäuse umschließt einen Ventilraum, der eine Strömungskammer und eine Betätigungskammer umfasst, wobei das Ventilgehäuse zumindest eine von der Strömungskammer in die Betätigungskammer mündende Ventilöffnung aufweist. Unter Ventilraum ist vorliegend der gesamte, von dem Ventilgehäuse umschlossene Innenraum des Ventiles zu verstehen. Innerhalb der Betätigungskammer sind zumindest ein zwischen einer Schließstellung zum Verschließen der Ventilöffnung und einer Öffnungsstellung zur Freigabe der Ventilöffnung axial bewegbares Stellelement, ein zur Betätigung des Stellelementes in Öffnungsrichtung bzw. Hubrichtung dienendes draht- oder bandförmiges SMA-Element aus einer Formgedächtnislegierung, ein zur Bewegung des Stellelementes in Schließrichtung bzw. Rückstellrichtung dienendes Rückstellelement und eine Leiterplatte angeordnet. Das SMA-Element ist zur Betätigung des Stellelementes mit einem mittleren Abschnitt an dem Stellelement fixiert und zur Beaufschlagung mit Strom mit seinen Enden mittelbar oder unmittelbar mit der Leiterplatte elektrisch verbunden. Die Strömungskammer und die Betätigungskammer sind durch eine die Ventilöffnung aufweisende Trennwand strömungstechnisch derart voneinander getrennt, dass ein das Ventil bei Betätigung des Stellelementes durchströmendes Fluid durch die Strömungskammer geleitet wird. Unter einer „von der Strömungskammer in die Betätigungskammer mündende Ventilöffnung“ ist im Sinne der vorliegenden Erfindung sowohl zu verstehen, dass die Ventilöffnung an einer Grenze zwischen Strömungskammer und Betätigungskammer ausgebildet sein kann, als auch, dass die Ventilöffnung in der Strömungskammer ausgerichtet auf eine weitere Öffnung der Betätigungskammer so angeordnet sein kann, dass die Ventilöffnung durch das in der Betätigungskammer angeordnete Stellelement verschließbar ist.
Der Ventilraum, durch welchen ein Fluid, insbesondere Luft strömt, ist in dem erfindungsgemäßen Ventil in zwei voneinander strömungstechnisch im Wesentlichen getrennte Teilräume aufgeteilt, nämlich eine Betätigungskammer bzw. einen Aktorraum, innerhalb der alle zur Betätigung des Ventils bzw. zum Öffnen der Ventilöffnung erforderlichen Komponenten angeordnet sind, und eine Strömungskammer, durch welche das Fluid hindurchströmen kann.
Dabei sind ein erster Bereich der Strömungskammer und ein zweiter Bereich der Strömungskammer über die Ventilöffnung und/oder einen Verbindungskanal miteinander verbunden, wobei die Ventilöffnung und/oder der Verbindungskanal in der Schließstellung des Stellelementes verschlossen und in der Öffnungsstellung des Stellelementes freigegeben sind. Der erste und der zweite Bereich der Strömungskammer sind somit auf unterschiedlichen Seiten der Ventilöffnung angeordnet und über einen Verbindungskanal bzw. einen Verbindungsbereich miteinander verbunden, wobei der erste und der zweite Bereich lediglich bei geöffneter Ventilöffnung fluidisch miteinander verbunden sind. Unter Verbindungskanal ist dabei der Ventilbereich zwischen dem Stellelement zum Verschließen und Freigeben der Ventilöffnung und dem die Ventilöffnung umgebenden Dichtsitz zu verstehen, welcher beispielsweise das Stellelement vollständig umgibt. Der Verbindungskanal ist bei geschlossener Ventilöffnung mit einem der beiden Bereiche der Strömungskammern verbunden, sodass sich das Fluid auch innerhalb des Verbindungskanals bzw. des Ventilbereichs verteilt. Der Verbindungskanal kann dabei in einem Randbereich der Betätigungskammer ausgebildet sein.
Zur Zuführung von Luft in die Strömungskammer ist der erste Bereich der Strömungskammer mit einer Luftversorgungseinheit verbunden oder verbindbar bzw. das Ventil weist einen in den ersten Bereich der Strömungskammer mündenden Druckanschluss auf. Der zweite Bereich der Strömungskammer ist mit einem Medienspeicher, beispielsweise einem Luftkissen eines Fahrzeugsitzes mit Konturverstellung verbunden oder verbindbar bzw. weist einen in den zweiten Bereich der Strömungskammer mündenden Verbraucheranschluss auf, sodass der Medienspeicher bei geöffnetem Ventil mit Luft befüllt werden kann. Zum Auslassen von Luft aus der Strömungskammer, also zum Entleeren des Medienspeichers, ist die Strömungskammer über eine Öffnung mit der Atmosphäre verbunden bzw. verbindbar. Bei geöffneter Ventilöffnung strömt ein Fluid, insbesondere Luft, durch die Strömungskammer und zwar beispielsweise beim Befüllen des Medienspeichers mit Luft von dem ersten, mit der Luftversorgungseinheit verbundenen Bereich der Strömungskammer über den Verbindungskanal in den zweiten Bereich der Strömungskammer und zu dem Medienspeicher. Beim Entleeren des Medienspeichers strömt das Fluid in die Strömungskammer zurück und von dort über die Öffnung zur Atmosphäre aus dem Ventil heraus. Die Öffnung ist vorzugsweise in dem Gehäusedeckel ausgebildet, der die Strömungskammer oberseitig begrenzt.
Innerhalb des zweiten Bereiches der Strömungskammer ist bei dem erfindungsgemäßen Ventil ein Stellglied angeordnet, welches derart drehbar bzw. schwenkbar an dem Zwischengehäuse gelagert und mit dem Stellelement gekoppelt ist, dass die Öffnung zur Atmosphäre bei sich in Schließstellung befindendem Stellelement freigegeben und die Öffnung bei sich in Freigabestellung befindendem Stellelement verschlossen ist. In oder an der Ventilöffnung ist ein erstes Rückschlagventil vorgesehen, das in Öffnungsstellung des Stellelements ein Rückströmen von Fluid vom zweiten Bereich der Strömungskammer über die Ventilöffnung in den ersten Bereich der Strömungskammer verhindert.
Das Stellglied trägt an einem der Öffnung zur Atmosphäre zugewandten Abschnitt vorzugsweise ein zweites Dichtelement und/oder umfasst ein Rückstellelement, beispielsweise eine Feder oder Blattfeder, welche das Stellglied in Schließrichtung der Öffnung vorspannt. Mit einer solchen Variante lässt sich ein zyklisches Befüllen und Entlüften des Medienspeichers erreichen, wobei sichergestellt ist, dass das Ventil und somit der Medienspeicher bei nicht betätigtem Stellelement des Ventils stets entlüftet sind.
Das erste Rückschlagventil ist vorzugsweise auf der Seite des zweiten Bereichs der Strömungskammer angeordnet.
Zweckmäßigerweise umfasst das Stellglied einen Schaltfinger an einem dem Stellelement zugewandten Endabschnitt, und das erste Rückschlagventil ist durch ein an dem Schaltfinger angeordnetes ein drittes Dichtelement und einem in der Trennwand angeordneten Ventilsitz gebildet. Der Schaltfinger kann einen Vorsprung umfassen, der zur Positionierung des dritten Dichtelementes dient. Der Ventilsitz ist auf der dem zweiten Bereich der Strömungskammer zugewandten Seite der Ventilöffnung angeordnet. Auf der der Betätigungskammer zugewandten Seite der Ventilöffnung ist hingegen der Dichtsitz angeordnet, der durch Betätigen des Stellelements insbesondere mittels eines ersten Dichtelements verschlossen oder freigegeben wird.
Das dritte Dichtelement kann ein plattenförmiges Element sein. Das plattenförmige Element kann insbesondere als kreisförmige Scheibe mit einem Durchloch ausgestaltet sein.
In einer Ausgestaltung ist das dritte Dichtelement aus Metall, Kunststoff oder auch Elastomer gebildet. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Ventils ist die die Strömungskammer und die Betätigungskammer voneinander trennende Trennwand von dem Zwischengehäuse des Ventils gebildet, also einstückig mit diesem ausgebildet. Somit ist die Strömungskammer vorteilhafterweise von dem Zwischengehäuse gebildet bzw. teilweise umschlossen und oberseitig von dem Gehäusedeckel verschlossen und/oder die Betätigungskammer ist von dem Zwischengehäuse gebildet bzw. teilweise umschlossen und unterseitig von dem Gehäuseboden verschlossen. Dies hat den Vorteil, dass zur Ausbildung der beiden Kammern keine weiteren, separaten Komponenten erforderlich sind, sodass eine kostengünstige Herstellung und eine einfache Montage des Ventils erreicht werden. Um die Anzahl der für die Funktionalität des Ventils erforderlichen Komponenten weiter zu reduzieren, sind bei einer vorteilhaften Ausführungsform auch der Druckanschluss und/oder der Verbraucheranschluss sowie Führungsmittel zur Führung des Stellelementes und/oder Befestigungsmittel zur Fixierung der Leiterplatte innerhalb des Ventilgehäuses einstückig mit dem Zwischengehäuse ausgebildet bzw. in dieses integriert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Strömungskammer und die Betätigungskammer über zumindest einen Luftspalt fluidisch verbunden. Der Luftspalt oder Fluidkanal ist somit in einem die Ventilöffnung umgebenden Bereich angeordnet, führt insbesondere von der Strömungskammer, insbesondere dem Verbindungskanal bzw. dem Ventilbereich und/oder dem ersten Bereich der Strömungskammer in die Betätigungskammer. Durch die fluidische Verbindung der Strömungskammer und der Betätigungskammer durch den zumindest einen Fluidkanal bzw. Luftspalt auch bei geschlossener Ventilöffnung wird zwar ein Druckausgleich zwischen der Strömungskammer und der Betätigungskammer gewährleistet, es strömt jedoch lediglich ein Nebenstrom des Strömungsfluids in die Betätigungskammer und somit um die SMA-Elemente, die dabei durch das Strömungsfluid gekühlt werden. Aufgrund des geringen Volumens der Betätigungskammer ist der Druck rasch ausgeglichen.
An dem ersten, der Ventilöffnung zugewandten Endabschnitt weist das Stellelement insbesondere ein die Ventilöffnung verschließendes Dichtelement auf, welches zur Ausbildung des zumindest einen Luftspaltes seitlich beabstandet vor der den Aufnahmeraum ausbildenden Zwischenwand endet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist ein dem zweiten Bereich der Strömungskammer zugewandter, zweiter Endabschnitt eines Verbraucheranschlusses eine größere lichte Weite auf, als ein dem Medienspeicher zugewandter erster Endabschnitt, wobei insbesondere der der Strömungskammer zugewandte Endabschnitt des Verbraucheranschlusses für den Medienspeicher von dem Zwischengehäuse und/oder dem Gehäusedeckel und der dem Medienspeicher zugewandte Endabschnitt von dem Zwischengehäuse gebildet sind. Mit anderen Worten: Der Endabschnitt des Verbraucheranschlusses, an welcher das Fluid aus der Strömungskammer austritt bzw. in den Verbraucheranschluss einströmt, ist konisch geformt bzw. trichterförmig ausgebildet. Dadurch werden Turbulenzen vermieden und der Durchfluss zu dem Medienspeicher wird verbessert. Der Druckanschluss und/oder der Verbraucheranschluss sind also vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese einen sich zu einem freien Ende hin verjüngenden ersten, dem Ventilraum abgewandten Endabschnitt und einen zweiten, dem Ventilraum zugewandten Endabschnitt aufweisen, wobei der zweite Endabschnitt in Umfangsrichtung zumindest teilweise radial verschmälert ist. Mit anderen Worten: Ein freies Ende des Druckanschlusses und/oder des Verbraucheranschlusses bzw. des Anschlussstutzens weist einen geringeren Außendurchmesser auf als ein dem Ventilraum zugewandtes Ende, sodass ein Aufstecken des Schlauches vereinfacht wird. Durch die teilweise radiale Verschmälerung des zweiten Endabschnittes wird eine Hintergriffsfläche gebildet, wodurch ein auf den Stutzen aufgesteckter Schlauch fixiert bzw. gegen ein Abziehen gesichert werden kann.
Die Aufgabe, eine Ventilanordnung anzugeben, wird gelöst durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11. Die Ventilanordnung umfasst mehrere, insbesondere jeweils nach der vorstehend beschriebenen Art und Weise ausgebildete Ventile auf. Die den Ventilraum eines Ventils jeweils umschließenden Ventilgehäuse, insbesondere die Zwischengehäuse und/oder Gehäusedeckel und/oder Gehäuseböden, und/oder die Leiterplatten sind einstückig ausgebildet. Mit anderen Worten: Die Ventilräume aller Ventile der Ventilanordnung werden von einem gemeinsamen Ventilgehäuse bzw. einem gemeinsamen Zwischengehäuse und/oder Gehäusedeckel und/oder Gehäuseboden umschlossen. Ferner sind alle SMA-Elemente der mehreren Ventile mit einer gemeinsamen Leiterplatte elektrisch verbunden. Dadurch lässt sich die Anzahl der benötigten Bauteile deutlich reduzieren. Eine solche Ventilanordnung wird beispielsweise in einen Fahrzeugsitz mit Konturverstellung oder Massagefunktion integriert.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die mehreren Ventile einen gemeinsamen Druckanschluss auf, der jeweils in den Ventilraum, insbesondere in die Strömungskammer, besonders bevorzugt in den ersten Bereich der Strömungskammer der Ventile oder einen die ersten Bereiche der Strömungskammern umfassenden Bereich mündet oder jeweils mit dem Ventilraum, insbesondere der Strömungskammer, besonders bevorzugt dem ersten Bereich der Strömungskammern oder dem Bereich über zumindest einen Luftkanal verbunden ist, wobei jedes Ventil eine separate Öffnung zum Verbinden des Ventilraums, insbesondere der Strömungskammer mit der Atmosphäre aufweist, die insbesondere in den zweiten Bereich der Strömungskammer mündet. Mit anderen Worten: Die Ventilräume aller Ventile sind mit dem gemeinsamen Druckanschluss fluidisch verbunden, insbesondere über in dem Zwischengehäuse integrierte bzw. von diesem gebildete Luftkanäle und/oder Kammern bzw. Bereiche zur Zuführung von Luft in die jeweiligen Ventilräume bzw. Strömungskammern, genauer in die ersten Bereiche der Strömungskammern. Zudem sind die Ventilräume aller Ventile jeweils über eine Öffnung mit der Atmosphäre verbunden, insbesondere wiederum durch in dem Zwischengehäuse integrierte bzw. von diesem gebildete Luftkanäle und/oder Kammern zum Auslassen von Luft aus den jeweiligen Ventilräumen bzw. Strömungskammern, genauer aus den zweiten Bereichen der Strömungskammern. Durch Schließen des ersten Rückschlagventils bei gleichzeitigem Schließen der Öffnung zur Atmosphäre wird der Druck im Medienspeicher konstant gehalten. Eine solche Ventilanordnung ist beispielsweise für Fahrzeugsitze mit Massagefunktion einsetzbar.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Ventilräume der mehreren Ventile zumindest von dem Aufnahmeraum für die elektronische Kontaktierung der Leiterplatte durch eine Trennwand getrennt, wobei die Trennwand insbesondere einstückig mit dem Zwischengehäuse ausgebildet ist. Die mehreren Ventile sind unabhängig voneinander betätigbar, um gezielt einzelne Luftkissen zu befüllen oder zu entlüften.
Die Trennwände weisen dabei insbesondere eine im Montagezustand pneumatisch abgedichtete Durchgangsöffnung für die Leiterplatte auf.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante sind in einem von der Luftversorgungseinheit zu der oder den Strömungskammern führenden Luftkanal Leitelemente derart angeordnet, dass ein in oder durch die Strömungskammern strömendes Fluid eine laminare Strömung aufweist. Es wird also eine gerichtete Strömung erzeugt, sodass auch hierdurch Turbulenzen vermieden werden, die den Durchfluss verringern können. Ferner wird hierdurch die Geräuschentwicklung innerhalb des Ventils bzw. der Ventilanordnung reduziert.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:

1 eine Schnittdarstellung eines Ventils gemäß einer ersten Ausführungsform in Schließstellung,
2A ein Ausschnitt des Ventils aus 1 in Öffnungsstellung,
2B ein Ausschnitt des Ventils aus 1 in Schließstellung,
3A Ausschnitt wie 2A, B eines Ventils gemäß einer zweiten Ausführungsform bei geöffnetem ersten Rückschlagventil,
3B Ausschnitt wie 2A, B eines Ventils gemäß einer zweiten Ausführungsform bei geschlossenem ersten Rückschlagventil,
4A, B ein Stellglied zum Verschließen und Freigeben der Atmosphärenöffnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
5A, B ein Stellglied zum Verschließen und Freigeben der Atmosphärenöffnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
6 Detaildarstellung des ersten Rückschlagventils,
7 eine Ventilanordnung mit mehreren Ventilen mit einem Zwischengehäuse gemäß einer Ausführungsform in einer Explosionsdarstell ung,
8 eine Draufsicht auf ein Zwischengehäuse einer Ventilanordnung gemäß einer Ausführungsform.

1 zeigt ein Ventil 2 mit einem Ventilgehäuse 4, welches aus einem oberen Gehäusedeckel 6, einem unteren Gehäuseboden 10 und einem zwischen dem Gehäusedeckel 6 und dem Gehäuseboden 10 angeordneten Zwischengehäuse 8 zusammengesetzt ist. Das Ventilgehäuse 4 umschließt einen Ventilraum 12, in welchen eine Ventilöffnung 14 mündet. Innerhalb des Ventilraums 12 ist ein zwischen einer Schließstellung zum Verschließen der Ventilöffnung 14 und einer Öffnungsstellung zur Freigabe der Ventilöffnung 14 in einer Bewegungsrichtung B axial bewegbares Stellelement 16 angeordnet. Zur Betätigung des Stellelementes 16 in einer Öffnungsrichtung bzw. Hubrichtung H dient ein drahtförmiges SMA-Element 18 aus einer Formgedächtnislegierung, welches mit einem mittleren Abschnitt 18c an dem Stellelement 16, genauer an dessen erstem Endabschnitt 16a gehalten ist. Zur Beaufschlagung mit Strom ist das SMA-Element 18 mit seinen Enden 18a, 18b mit einer ebenfalls innerhalb des Ventilraumes 12 angeordneten Leiterplatte 22 elektrisch verbunden.
Zur Bewegung des Stellelementes 16 in einer Schließrichtung bzw. Rückstellrichtung R dient ein Rückstellelement 20, vorliegend eine Schraubendruckfeder, die einen zweiten Endabschnitt 16b des Stellelementes 16 konzentrisch umgibt und sich mit einem ersten Ende an der Leiterplatte 22 und mit einem zweiten Ende an dem ersten Endabschnitt 16b des Stellelementes 16, der gegenüber dem zweiten Endabschnitt 16b radial verbreitert ist, abstützt.
Das Zwischengehäuse 8 umfasst alle für die Funktionalität des Ventils 2 erforderlichen Komponenten, mit anderen Worten sind alle hierzu notwendigen Bauteile in dem Zwischengehäuse 8 selbst integriert, wie nachfolgend beschrieben wird.
Der Ventilraum 12 ist in eine Strömungskammer 24 und eine Betätigungskammer 26 unterteilt, die durch eine Trennwand 28 voneinander getrennt sind, sodass ein das Ventil 2 bzw. den Ventilraum 12 bei Betätigung des Stellelementes 16 durchströmendes Fluid lediglich durch die Strömungskammer 24 strömt. Die Strömungskammer 24 wird dabei von dem Zwischengehäuse 8 gebildet und ist oberseitig von dem Gehäusedeckel 6 verschlossen ist. Die Betätigungskammer 26 wird ebenfalls von dem Zwischengehäuse 8 gebildet und unterseitig von dem Gehäuseboden 10 verschlossen ist, wodurch die Anzahl der erforderlichen Komponenten reduziert werden kann. Das Stellelement 16 sowie die zur Betätigung des Stellelementes 16 erforderlichen Komponenten, nämlich das SMA-Element 18, das Rückstellelement 20 sowie die Leiterplatte 22, sind innerhalb der Betätigungskammer 26 angeordnet. Durch die gezielte Führung des Fluidstromes wird eine ungleichmäßige Kühlung des SMA-Elements 16 vermieden. Die Trennwand 28 ist einstückig mit dem Zwischengehäuse 8 ausgebildet bzw. an diesem angeformt. Die Strömungskammer 24 weist einen ersten Bereich 24a und einen zweiten Bereich 24b auf, die über einen Verbindungskanal 24c, der in einer Schließstellung des Stellelementes 16 verschlossen und in einer Öffnungsstellung des Stellelementes 16 freigegeben ist, miteinander verbunden sind.
Zur Zuführung von Luft in den Ventilraum 12, genauer in die Strömungskammer 24 ist deren erster Bereich 24a mit einer Luftversorgungseinheit bzw. einer pneumatischen Pumpe verbunden bzw. ein - in 1 nicht sichtbarer - Druckanschluss, der über eine Versorgungsleitung mit der pneumatischen Pumpe verbunden ist oder verbunden wird, mündet mittel- oder unmittelbar in den ersten Bereich 24a der Strömungskammer 24. Durch Freigabe der Ventilöffnung 14 kann die zugeführte Luft über den Verbindungskanal 24c bzw. den Ventilraum 24c und durch die Ventilöffnung 14 von dem ersten Bereich 24a in den zweiten Bereich 24b strömen. Das Ventil 2 dient insbesondere zum Befüllen eines - nicht dargestellten - Medienspeichers, beispielsweise eines Luftkissens eines Fahrzeugsitzes mit Konturverstellung. Hierzu ist der Ventilraum 12, genauer die Strömungskammer 24 bzw. deren zweiter Bereich 24b mit einem Verbraucheranschluss 30 fluidisch verbunden bzw. der Verbraucheranschluss 30 mündet in den zweiten Bereich 24b, sodass der Medienspeicher mittels Schläuchen an das Ventil 2 angeschlossen werden kann. Sowohl der Druckanschluss als auch der Verbraucheranschluss 30 sind einstückig mit dem Zwischengehäuse 8 ausgebildet und stehen nicht aus diesem hervor.
Ferner weist das Zwischengehäuse 8 einen Aufnahmeraum 34 zur Aufnahme der zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte 22 erforderlichen Komponenten, wie beispielsweise Steckverbinder, auf, welcher in 1 in einem hinteren Teil des Zwischengehäuses 8 angeordnet und lediglich gestrichelt dargestellt ist.
Zur Führung des Stellelementes 16 während dessen Betätigung sind zum einen Führungsmittel vorgesehen, die von dem Zwischengehäuse 8 gebildet werden. Die Führungsmittel umfassen eine Zwischenwand 36, die sich ausgehend von der Trennwand 28 in einem Bereich der Ventilöffnung 14 in Bewegungsrichtung B in die Betätigungskammer 26 hinein erstreckt und einstückig mit der Trennwand 28 bzw. dem Zwischengehäuse 8 ausgebildet ist. Die Zwischenwand 36 umgrenzt einen Aufnahmeraum 38 für den oberen, der Ventilöffnung 14 zugewandten ersten Endabschnitt 16a. Zur Führung des zweiten Endabschnittes 16b sind Führungsmittel in der Leiterplatte 22 integriert und zwar in Form einer darin ausgebildeten Ausnehmung 40, vorliegend eine Durchgangsöffnung, in welche sich der zweite Endabschnitt 16b sowohl in der Öffnungs- als auch in der Schließstellung des Stellelementes 16 hineinerstreckt. Zur Führung des SMA-Elementes 16 weist die Zwischenwand 36 sich in Bewegungsrichtung B erstreckende Ausnehmungen 27 auf.
Somit sind auch zur Führung des Stellelementes 16 während einer axialen Bewegung in Bewegungsrichtung B, also während der Betätigung des Stellelementes 16 keine zusätzlichen oder separaten Führungsmittel in Form weiterer Komponenten erforderlich.
Um die Ventilöffnung 14 in der Schließstellung - wie in 1 gezeigt - zuverlässig zu verschließen, ist an dem der Ventilöffnung 14 zugewandten Endabschnitt 16a ein die Ventilöffnung 14 verschließendes erstes Dichtelement 42 angeordnet, welches mit einem die Ventilöffnung 14 umgebenden Dichtsitz zusammenwirkt.
Zur Ansteuerung des Ventils 2 und zur Beaufschlagung des SMA-Elementes 18 mit Strom, um eine Verkürzung desselben und somit eine Betätigung des Stellelementes 16 zu bewirken, sind die Enden 18a, 18b mit der Leiterplatte 22 elektrisch verbunden und zwar jeweils mittels eines Crimpverbinders 44. Die Enden 18a, 18b des SMA-Elementes 18 sind jeweils in einer Aufnahme 46 des Crimpverbinders 44 fixiert und somit mittelbar über die Crimpverbinder 44 mit der Leiterplatte 22 kontaktiert. Die Crimpverbinder 44 ragen senkrecht zu der Bewegungsrichtung B jeweils seitlich mit einem Überstand A₁ über die Leiterplatte 22 hinaus. Ferner erstrecken sich die Crimpverbinder 44 in Hubrichtung H von einer Oberseite 22a der Leiterplatte 22 und parallel zu dieser in Richtung des Gehäusebodens 8, also mit einem Überstand A₂ ausgehend von der Oberseite 22a der Leiterplatte 22 in Richtung zu deren Unterseite 22b, wobei die Aufnahme 46 des Crimpverbinders 44 mit Abstand vor dem Gehäuseboden 10 endet, also freischwebend innerhalb des Ventilraumes 12 angeordnet ist. Ein von der Aufnahme 46 beabstandeter Abschnitt 48 des Crimpverbinders 44 ist über Klemmmittel 50 (nicht dargestellt) elektrisch mit der Leiterplatte 22 verbunden. Dabei kann der Abschnitt 48 sowohl flächig auf der Oberseite 22a aufliegen als auch zumindest teilweise einen geringen Abstand zu der Oberseite 22a aufweisen. Um eine von Toleranzen der Leiterplatte 22 bzw. deren Oberseite 22a unabhängige Verbindung zu erreichen, ist der Crimpverbinder 44 bzw. dessen Abschnitt 48 vollständig minimal von der Oberseite 22a beabstandet und der Crimpverbinder 44 wird lediglich durch die Klemmmittel 50 getragen. Jeder Crimpverbinder 44 weist vorliegend zwei sich jeweils durch eine Ausnehmung der Leiterplatte 22 erstreckende, vorliegend im Wesentlichen oval und ringförmig ausgebildete Klemmmittel 50 auf, die zum Einstecken in die Ausnehmung elastisch verformbar und im Montagezustand form- und/oder kraftschlüssig in der Ausnehmung gehalten sind. Die Crimpverbinder 44 stellen somit die elektrische Verbindung zwischen den daran fixierten Enden 18a, 18b des SMA-Elementes 18 und der Leiterplatte 22 her. Durch die sowohl seitlich als auch in Hubrichtung H überstehenden Crimpverbinder 44 kann eine zusätzliche Länge des SMA-Elements 18, nämlich die Länge der Diagonalen eines gedachten Rechteckes mit den Seitenlängen A₁ und A₂ zur Betätigung des Stellelementes 16 genutzt werden, wodurch insgesamt eine Reduzierung der Bauhöhe des Ventils 2 erreicht wird. Die Leiterplatte 22 selbst wird durch einen in den Aufnahmeraum 34 des Zwischengehäuses 8 einsteckbaren Steckverbinder mit einem elektrischen Anschluss kontaktiert.
Zur Befestigung der Leiterplatte 22 innerhalb des Ventilraumes 12 weist die integral mit dem Zwischengehäuse 8 ausgebildete Zwischenwand 36 als Befestigungsmittel zwei verformbare Vorsprünge 52 auf, die an deren Stirnseite angeformt sind und sich im Montagezustand durch eine Durchgangsöffnung der Leiterplatte 22 erstrecken und unlösbar mit der Leiterplatte 22 verbunden sind. Die Stirnseite bildet zugleich eine Anschlagfläche für die Leiterplatte 22 aus.
Das in 1 dargestellte Ventil 2 weist eine weitere Ventilöffnung, und zwar eine Öffnung 32, die den Ventilraum 12 mit der Atmosphäre verbindet, um ein Ausströmen von Luft aus dem Ventilraum 12 zu erlauben, auf. Innerhalb des Ventilraumes 12 bzw. innerhalb der Strömungskammer 24 ist ein Stellglied 58 angeordnet, welches drehbar an dem Zwischengehäuse 8 gelagert und mit dem Stellelement 16 wirkverbunden ist. Das Stellglied 58 ist in den 4A, 4B detaillierter dargestellt. Eine alternative Ausführungsform des Stellgliedes 58 ist in den 5A und 5B dargestellt. Das Stellglied 58 weist an einem der Öffnung 32 zugewandten Abschnitt ein zweites Dichtelement 60 zum Verschließen der Öffnung 32 auf. An einem dem Stellelement 16 zugewandten Endabschnitt umfasst das Stellglied 58 einen Schaltfinger 62, welcher mit dem Stellelement 16 in Kontakt ist bzw. an dessen ersten Dichtelement 42 anliegt. Wird das Stellelement 16 betätigt und die Ventilöffnung 14 wird geöffnet, wird der Schaltfinger 62 aufgrund eines Rückstellelementes 64, vorliegend eine Blattfeder, ebenfalls in Hubrichtung bewegt und das Stellglied 58 somit um seinen Drehpunkt gedreht, sodass die Öffnung 32 von dem zweiten Dichtelement 60 verschlossen wird. Wird das SMA-Element 18 nicht mehr mit Strom beaufschlagt und das Stellelement 16 somit aufgrund des Rückstellelementes 20 in Rückstellrichtung R bewegt, wird der Schaltfinger 62 durch das Stellelement 16 bzw. dessen erstes Dichtelement 42 ebenfalls in Rückstellrichtung R bewegt. Dadurch und bedingt durch einen V-förmigen Drehpunkt 66 des Stellgliedes 58 öffnet das zweite Dichtelement 60 die Öffnung 32. Die Öffnung 32 zur Atmosphäre ist somit bei sich in Schließstellung befindendem Stellelement 16 freigegeben und bei sich in Freigabestellung befindendem Stellelement 16 verschlossen ist. In der in 5A und 5B gezeigten alternativen Ausführungsform des Stellglieds 58 wird ein nicht dargestellten Rückstellelement 64 mit den Vorsprüngen 63 verbunden. Das Stellglied 58 wird um einen nicht dargestellten Drehpunkt gedreht. Im zweiten Bereich der Strömungskammer 24c ist weiterhin das erste Rückschlagventil 70 angeordnet. Das erste Rückschlagventil 70 ist so ausgelegt, dass es eine Strömung des Fluids von einem ersten Bereich der Strömungskammer 24a durch die Ventilöffnung 14 in den zweiten Bereich der Strömungskammer 24c erlaubt. In umgekehrter Richtung wird eine Rückströmung vom zweiten Bereich der Strömungskammer 24c durch die Ventilöffnung 14 durch das erste Rückschlagventil 70 verhindert.
2A zeigt einen Ausschnitt des Ventils 2 gemäß 1 in einer Öffnungsstellung, sodass der den ersten Bereich 24a und den zweiten Bereich 24b der Strömungskammer 24 verbindende Verbindungskanal 24c und die Ventilöffnung 14 von einem Fluid durchströmt werden kann. 2B zeigt den gleichen Ausschnitt des Ventils 2 in Schließstellung. Zum Befüllen eines Medienspeichers, insbesondere mit Luft, ist der erste Bereich 24a der Strömungskammer 24 mit einer Luftversorgungseinheit verbindbar. Bei geschlossener Ventilöffnung 14 findet lediglich ein Luftaustausch zwischen der Strömungskammer 24 und der Betätigungskammer 26 über Luftspalte 92 statt, die zwischen der Trennwand 28 und dem Stellelement 16 ausgebildet sind und die den ersten Bereich 24a der Strömungskammer 24 und die Betätigungskammer 26 fluidisch miteinander verbinden, um den Druck innerhalb des Ventils 2 bzw. des Ventilraumes 12 auszugleichen. Der Luftspalt 92 mündet dabei insbesondere in den Aufnahmeraum 38, der von der Zwischenwand 36 gebildet ist. Wird die Ventilöffnung 14 durch Betätigung des Stellelementes 16 geöffnet, strömt das Fluid bzw. die Luft in Richtung der gestrichelt dargestellten Pfeile von dem ersten Bereich 24a der Strömungskammer 24 über den Verbindungskanal 24c durch die Ventilöffnung 14 in den zweiten Bereich 24b der Strömungskammer 24 und nicht durch die Betätigungskammer 26. Der zweite Bereich 24b der Strömungskammer 24 ist über den Verbraucheranschluss 30 mit dem Medienspeicher bzw. Luftkissen verbunden, sodass der Medienspeicher befüllt wird. Dabei wird das Rückschlagventil 70 geöffnet, indem das Dichtelement 72 insbesondere eine Fluidströmung aus dem ersten Bereich 24a in Richtung des zweiten Bereichs 24b erlaubt. Das Dichtelement 72 ist in der gezeigten Ausgestaltung mit dem Schaltfinger 62 des Stellgliedes 58 so verbunden, dass die Position des Dichtelements 72 gegenüber dem Schaltfinger 62 fixiert ist.
Das Ventil 2 kann ferner zum Entleeren eines Medienspeichers, wie in 2B dargestellt, eingesetzt werden. Der zweite Bereich 24b der Strömungskammer 24 weist eine Öffnung 32 zur Atmosphäre auf durch welche das Fluid die Strömungskammer 24 verlässt (in Richtung der Öffnung 32 weisender Pfeil).
Um eine turbulente Strömung des Fluides beim Eintritt in den Verbraucheranschluss 30 zu vermeiden und somit den Durchfluss zu dem Medienspeicher zu erhöhen, ist ein dem zweiten Bereich 24b der Strömungskammer 24 zugewandter Endabschnitt 30a des Verbraucheranschlusses 30 eine größere lichte Weite W₂ aufweist, als ein dem Medienspeicher zugewandter Endabschnitt 30b, der eine geringere lichte Weite W₁ aufweist. Der Verbraucheranschluss 30, insbesondere der Endabschnitt 30a ist somit trichterförmig ausgebildet und wird vorliegend unterseitig von dem Zwischengehäuse 8 der Strömungskammer 24 und oberseitig von dem Gehäusedeckel 8 begrenzt.
Die Luftspalte 92 sind in einem die Ventilöffnung 14 umgebenden Bereich angeordnet, vorliegend innerhalb der Zwischenwand 36, die von der Trennwand 28 ausgebildet wird. Dadurch wird eine gleichmäßige Kühlung der SMA-Elemente erreicht, da lediglich ein Nebenstrom des Fluids in die Betätigungskammer 24 eintritt, um für einen Druckausgleich zu sorgen. Um starke Turbulenzen in der Betätigungskammer 24 und einen übermäßigen Eintritt des Fluides zu vermeiden, ist zudem ein Öffnungsquerschnitt des Luftspaltes 92 geringer als ein Querschnitt des Verbindungskanals 24c bzw. der Ventilöffnung 14. Ferner kann der Öffnungsquerschnitt des Luftspaltes 92 derart gewählt werden, dass eine Kühlung der SMA-Elemente proportional zum Volumenstrom erfolgt. Zur Ausbildung des Luftspaltes 92 weisen der erste Endabschnitt 16a des Stellelementes 16 sowie das daran angeordnete erste Dichtelement 42 zudem einen geringeren Durchmesser auf als eine lichte Weite des Aufnahmeraumes 38. Das die Ventilöffnung 14 in der Schließstellung verschließende erste Dichtelement 42 endet somit zur Ausbildung der Luftkanals 92 seitlich beabstandet vor der den Aufnahmeraum 38 ausbildenden Zwischenwand 36. Dadurch ist bei geschlossener Ventilöffnung 14 ein Luftaustausch zwischen der Strömungskammer 24 und der Betätigungskammer 26 über die Luftspalte 92 möglich.
Der erste Endabschnitt 16a des Stellelementes 16 weist zumindest eine sich senkrecht zu der Bewegungsrichtung B des Stellelementes 16 erstreckende Durchgangsöffnung 54 auf, die sich mittig - bezogen auf Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung B - durch den ersten Endabschnitt 16a hindurch erstreckt. Sofern das Stellelement 16 lediglich eine solche Durchgangsöffnung 54 aufweist, kann das SMA-Element 18 nach dem „Nadel-Faden-Prinzip“ durch diese Durchgangsöffnung 54 geführt und darin zuverlässig gehalten werden. Alternativ kann die Durchgangsöffnung 54 zusätzlich über einen seitlichen Schlitz 56 zugänglich sein, der sich ausgehend von einer zu der Durchgangsöffnung 54 in Bewegungsrichtung B des Stellelementes 16 beabstandeten Position an einer äußeren Umfangsfläche des ersten Endabschnittes 16a in Richtung der Durchgangsöffnung 54, also schräg von oben nach unten, erstreckt. Der mittlere Abschnitt des SMA-Elementes 16 wird über den Schlitz 56 in die Durchgangsöffnung 54 eingeführt und ist im Montagezustand innerhalb der Durchgangsöffnung 54 geführt, sodass ein Herausrutschen des SMA-Elementes 16 verhindert und dessen sicherer Halt gewährleistet wird.
Wird das Stellelement 16 betätigt und die Ventilöffnung 14 wird geöffnet, wird der Schaltfinger 62 aufgrund eines Rückstellelementes 64, vorliegend eine Blattfeder, ebenfalls in Hubrichtung bewegt und das Stellglied 58 somit um seinen Drehpunkt gedreht, sodass die Öffnung 32 von dem zweiten Dichtelement 60 verschlossen wird. Wird das SMA-Element 18 nicht mehr mit Strom beaufschlagt und das Stellelement 16 somit aufgrund des Rückstellelementes 20 in Rückstellrichtung R bewegt, wird der Schaltfinger 62 durch das Stellelement 16 bzw. dessen Dichtelement 38 ebenfalls in Rückstellrichtung R bewegt. Dadurch und bedingt durch einen V-förmigen Drehpunkt 66 des Stellgliedes 58 öffnet das zweite Dichtelement 60 die Öffnung 32. Die Öffnung 32 zur Atmosphäre ist somit bei sich in Schließstellung befindendem Stellelement 16 freigegeben und bei sich in Freigabestellung befindendem Stellelement 16 verschlossen, sodass sichergestellt ist, dass der zweite Bereich 24b der Strömungskammer 24 des Ventilraumes 12 bzw. ein Medienspeicher bei Nichtbetätigung des Ventils 2 stets entlüftet wird. Die Betätigungskammer 26 ist weiterhin mit dem ersten Bereich 24a der Strömungskammer 24 und darüber mit der Pumpe verbunden. Ein solches Ventil wird beispielsweise bei einem Fahrzeugsitz mit Massagefunktion eingesetzt, wobei ein oder mehrere Luftkissen jeweils zyklisch be- und entlüftet werden.
3A und 3B zeigen eine zweite Ausgestaltung des Ventils 2. Das in 3A gezeigte Ventil unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Ventil in der Ausgestaltung des Stellglieds 58. Das in 3A gezeigte Ventil 2 weist das in 5A und 5B gezeigte Stellglied 58 auf. Das Stellglied 58 kann mit dem Rückstellelement 64 zwischen einer Freigabe der Öffnung 32 und einer Schließstellung - wie in 3A gezeigt - über den Drehpunkt 66 gedreht werden. Mit den gestrichelten Pfeilen ist die Strömung des Fluids aus dem ersten Bereich der Strömungskammer durch die Ventilöffnung 14, vorbei am ersten Rückschlagventil 70 in den zweiten Bereich der Strömungskammer 24c gezeigt. Die Luft strömt dann weiter zum Verbraucheranschluss 30. 3B zeigt das gleiche Ventil wie in 3A. In diesem Fall ist allerdings das erste Rückschlagventil 70 geschlossen, so dass bei geschlossener Öffnung 32 zur Atmosphäre und geschlossenem erstem Rückschlagventil eine durch den Verbraucheranschluss 30 einströmende Luft nicht aus dem Ventil 2 wieder ausströmen kann und eine Druckhaltefunktion erzielt wird.
Das erste Rückschlagventil 70 aus den 1 sowie 2A, 2B, 3A und 3B kann insbesondere wie in 6 dargestellt ausgestaltet sein. In 6 ist ein Stellglied 58 dargestellt, das an seinem dem Stellelement 16 zugewandten Abschnitt einen Schaltfinger 62 aufweist. Der Schaltfinger 62 greift durch ein Durchloch 73 des dritten Dichtelements 72 durch. Das dritte Dichtelement 72 ist als kreisförmige Scheibe, die vorzugsweise aus Metall oder Elastomer hergestellt ist, ausgestaltet. Das Dichtelement 72 liegt in einer Schließstellung des Rückschlagventils 70 auf dem Ventilsitz 74 auf, so dass ein von der Seite des Ventilsitzes 74 Richtung Ventilöffnung 14 strömendes Fluid das Dichtelement 72 auf den Ventilsitz 74 drückt. Ein von der Seite der Ventilöffnung 14 kommendes Fluid drückt hingegen das dritte Dichtelement 72 von dem Ventilsitz 74 weg, so dass das Rückschlagventil 70 für diese Strömungsrichtung öffnet. Dabei kann das Dichtelement 72 beweglich, wie in 6 dargestellt, auf dem Schaltfinger 62 oder fixiert, wie in den 2A-3B dargestellt, ausgestaltet sein.
7 zeigt eine Ventilanordnung 100 mit mehreren Ventilen 2 in einer Explosionsdarstellung. Die Ventilanordnung 100 umfasst dabei ein gemeinsames Ventilgehäuse für alle Ventile 2. Mit anderen Worten: Die den Ventilraum 12 eines Ventils 2 jeweils umschließenden Ventilgehäuse, und zwar sowohl das Zwischengehäuse 108, der Gehäusedeckel 106 und der Gehäuseboden 110 sind einstückig ausgebildet, die Ventilanordnung 100 weist also ein gemeinsames Zwischengehäuse 108, einen gemeinsamen Gehäusedeckel 106 und einen gemeinsamen Gehäuseboden 110 auf, innerhalb denen der jeweilige Ventilraum 12 eines Ventils 2 ausgebildet ist. Ferner weist die Ventilanordnung 100 eine einstückig ausgebildete, gemeinsame Leiterplatte 122 für alle Ventile 2 auf. Dadurch lässt sich der Platzbedarf der mehreren Ventile 2 der Ventilanordnung 100 sowie die Anzahl der erforderlichen Bauteile und die Montage der Ventilanordnung 100 im Vergleich zu bisher bekannten Ventilanordnungen deutlich reduzieren.
Die Ventile 2 der beispielhaften Ventilanordnung 100 sind im Wesentlichen wie das anhand von 1 beschriebene Ventil 2 ausgebildet, übereinstimmende Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Sie weisen jeweils ein innerhalb des Ventilraums 12 zwischen einer Schließstellung zum Verschließen einer Ventilöffnung und einer Öffnungsstellung zur Freigabe der Ventilöffnung axial bewegbares Stellelement 16, ein zur Betätigung des Stellelementes 16 in Öffnungsrichtung dienendes drahtförmiges SMA-Element 18 und ein zur Bewegung des Stellelementes 16 in Schließrichtung dienendes Rückstellelement 20 auf. Die SMA-Elemente 18 sind wiederum mit ihren jeweiligen Enden mittels eines Crimpverbinders 44 elektrisch mit der Leiterplatte 22 verbunden. Mit einem mittleren Abschnitt sind die SMA-Elemente 18 jeweils an dem zugehörigen Stellelement 16 fixiert, um dieses bei Beaufschlagung mit Strom in einer Hubrichtung zu betätigen. Hierfür wird die Leiterplatte 22 über einen in einen Aufnahmeraum 34 des Zwischengehäuses 108 einsteckbaren elektrischen Steckverbinder 168 angesteuert bzw. elektrisch kontaktiert. Zwischen dem Zwischengehäuse 108 und dem Gehäusedeckel 106 ist ferner beispielhaft ein zweites Rückschlagventil 172 angeordnet, beispielsweise in Kombination mit einem Drucksensor. Innerhalb des Ventilgehäuses ist zudem ein Dämpfungsschaum 174 angeordnet, um eine Geräuschentwicklung, insbesondere beim Entlüften der Ventile 2 zu reduzieren. Das Zwischengehäuse 108 weist einen Druckanschluss 170 zum Anschluss an eine Luftversorgungseinheit sowie vier Verbraucheranschlüsse 130 zum Anschluss an vier Medienspeicher, insbesondere Luftkissen eines Fahrzeugsitzes mit Konturverstellung bzw. Massagefunktion auf.
8 zeigt ein Zwischengehäuse 108 gemäß einer Ausführungsform, nämlich für eine Ventilanordnung, die mehrere gemäß 1 ausgebildete Ventile 2, also 3/3-Wegeventile aufweist, und beispielsweise zur Ausführung einer Massagefunktion eines Fahrzeugsitzes, also zur zyklischen Be- und Entlüftung mehrere Luftkissen eingesetzt werden kann oder mit einer Druckhaltefunktion für die Konturverstellung in einem Fahrzeug zur Einstellung einer Lordose oder eines Seitenhaltes eingesetzt werden kann.
Das Zwischengehäuse 108 weist einen gemeinsamen Druckanschluss 170 auf, über den alle Ventile 2 mit einer pneumatischen Pumpe verbindbar sind, wobei der Druckanschluss 170 über einen innerhalb des Zwischengehäuses 208 ausgebildeten Luftkanal 176 jeweils mit den ersten Bereichen 24a der Strömungskammern 24 der Ventile 2 verbunden ist bzw. in diese mündet. Das Stellglied 58 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich für eines der Ventile 2 gestrichelt dargestellt. Eine Öffnung zur Atmosphäre eines jeden Ventiles 2 ist in dem Gehäusedeckel ausgebildet, die die zweiten Bereiche 24b der Strömungskammern mit der Atmosphäre verbindet (vgl. 1). Jedem Ventil 2 ist ein Medienspeicher zugeordnet, mit welchem das jeweilige Ventil 2 bzw. dessen zweiter Bereich 24b über einen Luftkanal 178 und über Verbraucheranschlüsse 130 verbunden ist. Bei einem derart ausgebildeten Zwischengehäuse 108 weist die Ventilanordnung einen zusammenhängenden Druckbereich 182 auf, der von einem Elektronikbereich 186 wiederum über eine Trennwand 188 getrennt ist. Ein Übergang 190 der Leiterplatte zwischen dem Druckbereich 182 und dem Elektronikbereich 186 ist pneumatisch abgedichtet.
Zum Befüllen eines Medienspeichers strömt Luft über den Luftkanal 176 in die ersten Bereiche 24a bzw. in den die ersten Bereiche 24a umfassenden Bereich 182 und über Luftspalte 92 in die Betätigungskammer 26. Wird die Ventilöffnung 14 geöffnet, strömt Luft aus dem ersten Bereich 24a über den Verbindungskanal 24c durch die Ventilöffnung 14 in den zweiten Bereich 24b und von dort, gegebenenfalls über weitere, hier nicht dargestellte Luftkanäle, über die Verbraucheranschlüsse 130 zu dem jeweiligen Medienspeicher. Gleichzeitig wird das Stellglied 58 bewegt, sodass die Öffnung 32 verschlossen ist. Zum Entlüften des Medienspeichers wird die Ventilöffnung 14 durch Bewegung des Stellelementes 16 in Rückstellrichtung geschlossen, wodurch wiederum auch das Stellglied 58 bewegt wird und somit die Öffnung 32 freigibt. Dadurch strömt aufgrund des in dem Medienspeicher herrschenden Überdrucks die darin eingeschlossene Luft durch die Öffnung 32 aus dem Ventil 2 heraus. Auch bei dem Zwischengehäuse 108 sind die Luftkanäle 176 sowie der Bereich 182 von dem Zwischengehäuse selbst gebildet. Zum Halten des Druckes im Medienspeicher kann das Rückschlagventil 70 die Ventilöffnung 14 (vgl. 1) verschließen, so dass keine Luft aus dem Medienspeicher in die ersten Bereiche 24a zurückfließen kann.
Bezugszeichenliste

2, 2a, 2b: Ventil
4: Ventilgehäuse
6: Gehäusedeckel
8: Zwischengehäuse
10: Gehäuseboden
12: Ventilraum
14: Ventilöffnung
16: Stellelement
16a: erster Endabschnitt des Stellelementes
16b: zweiter Endabschnitt des Stellelementes
18: SMA-Element
18a: erstes Ende des SMA-Elementes
18b: zweites Ende des SMA-Elementes
18c: mittlerer Abschnitt des SMA-Elementes
20: Rückstellelement (Schraubenfeder)
22: Leiterplatte
22a: Oberseite der Leiterplatte
22b: Unterseite der Leiterplatte
24: Strömungskammer
24a: erster Bereich der Strömungskammer
24b: zweiter Bereich der Strömungskammer
24c: Verbindungkanal
26: Betätigungskammer
28: Trennwand
30, 130: Verbraucheranschluss
30a, 30b: Endabschnitte des Verbraucheranschl usses
31a, b, c, d: Abschnitte des Verbraucheranschl usses
32: Öffnung
34: Aufnahmeraum
36: Zwischenwand
38: Aufnahmeraum
40: Ausnehmung
42: erstes Dichtelement
44: Crimpverbinder
46: Aufnahme des Crimpverbinders
48: Abschnitt des Crimpverbinders
50: Klemmmittel
52: Vorsprung
54: Durchgangsöffnung
56: Schlitz
58: Stellglied
60: zweites Dichtelement
62: Schaltfinger
63: Vorsprung
64: Rückstellelement
66: Drehpunkt
70: erstes Rückschlagventil
72: drittes Dichtelement
73: Durchloch
74: Ventilsitz
92: Luftspalt
94: Leitelement
100: Ventilanordnung
106: Gehäusedeckel
108: Zwischengehäuse
110: Gehäuseboden
116: Stellelement
168: Steckverbinder
170: Druckanschluss
172: zweites Rückschlagventil
174: Dämpfungsschaum
176: Luftkanal
178: Luftkanäle
182: Druckbereich
184: Entlüftungsbereich
186: Elektronikbereich
188: Trennwand
190: Klebestelle
B: Bewegungsrichtung des Stellelements
H: Hubrichtung
R: Rückstellrichtung
A₁: seitlicher Überstand des Crimpverbinders
A₂: axialer Überstand des Crimpverbinders
W₁: lichte Weite des Endabschnittes 30b
W₂: lichte Weite des Endabschnittes 30a

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005060217 [0003]

Claims

Ventil (2) mit einem Ventilgehäuse (4), umfassend einen Gehäusedeckel (6), einen Gehäuseboden (10) und ein zwischen dem Gehäusedeckel (6) und dem Gehäuseboden (10) angeordnetes Zwischengehäuse (8), wobei das Ventilgehäuse (4) einen Ventilraum (12) umschließt, der eine Strömungskammer (24) und eine Betätigungskammer (26) umfasst, wobei das Ventilgehäuse (4) zumindest eine von der Strömungskammer (24) in die Betätigungskammer (26) mündende Ventilöffnung (14) aufweist, und wobei innerhalb der Betätigungskammer (26) zumindest ein zwischen einer Schließstellung zum Verschließen der Ventilöffnung (14) und einer Öffnungsstellung zur Freigabe der Ventilöffnung (14) axial bewegbares Stellelement (16), ein zur Betätigung des Stellelementes (16) in Öffnungsrichtung dienendes draht- oder bandförmiges SMA-Element (18) aus einer Formgedächtnislegierung, ein zur Bewegung des Stellelementes (16) in Schließrichtung dienendes Rückstellelement (20) und eine Leiterplatte (22) angeordnet sind, wobei das SMA-Element (18) mit einem mittleren Abschnitt (18c) an dem Stellelement (16) fixiert und zur Beaufschlagung mit Strom mit seinen Enden (18a, 18b) mit der Leiterplatte (22) elektrisch verbunden ist, wobei die Strömungskammer (24) und die Betätigungskammer (26) durch eine die Ventilöffnung (14) aufweisende Trennwand (28) derart voneinander getrennt sind, dass ein das Ventil (2) bei Betätigung des Stellelementes (16) durchströmendes Fluid durch die Strömungskammer (24) geleitet wird, wobei ein erster Bereich (24a) der Strömungskammer (24) und ein zweiter Bereich (24b) der Strömungskammer (24) über die Ventilöffnung (14) und/oder einen Verbindungskanal (24c) miteinander verbunden sind, wobei die Ventilöffnung (14) und/oder der Verbindungskanal (24c) in der Schließstellung des Stellelementes (16) verschlossen und in der Öffnungsstellung des Stellelementes (16) freigegeben ist, wobei der erste Bereich (24a) der Strömungskammer (24) zur Zuführung von Luft in die Strömungskammer (24) mit einer Luftversorgungseinheit verbunden oder verbindbar ist und wobei der zweite Bereich (24b) der Strömungskammer (24) mit einem Medienspeicher verbunden oder verbindbar ist und wobei der zweite Bereich (24b) der Strömungskammer (24) zum Auslassen von Luft aus der Strömungskammer (24) über eine Öffnung mit der Atmosphäre verbunden bzw. verbindbar ist, wobei innerhalb des zweiten Bereiches (24b) der Strömungskammer ein Stellglied (58) angeordnet ist, welches derart drehbar an dem Zwischengehäuse (8) gelagert und mit dem Stellelement (16) gekoppelt ist, dass die Öffnung (32) zur Atmosphäre bei sich in Schließstellung befindendem Stellelement (16) freigegeben und die Öffnung bei sich in Freigabestellung befindendem Stellelement (16) verschlossen ist, wobei in oder an der Ventilöffnung (14) ein erstes Rückschlagventil (70) vorgesehen ist, das in Öffnungsstellung des Stellelements (16) ein Rückströmen von Fluid vom zweiten Bereich (24b) der Strömungskammer (24) über die Ventilöffnung (14) in den ersten Bereich (24a) der Strömungskammer (24) verhindert.
Ventil (2) nach Anspruch 1, wobei das Stellglied (58) einen Schaltfinger (62) an einem dem Stellelement (16) zugewandten Endabschnitt umfasst, und das erste Rückschlagventil (70) durch ein an dem Schaltfinger (62) angeordnetes ein Dichtelement (72) und einem in der Trennwand (28) angeordneten Ventilsitz (74) gebildet ist.
Ventil (2) nach Anspruch 2, wobei das Dichtelement (72) ein plattenförmiges Element oder eine Lippendichtung ist.
Ventil (2) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Dichtelement (72) aus Metall, Kunststoff oder Elastomer gebildet ist.
Ventil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Bereich der Strömungskammer eine Öffnung (32) zur Atmosphäre aufweist.
Ventil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die die Strömungskammer (24) und die Betätigungskammer (26) voneinander trennende Trennwand (28) von dem Zwischengehäuse (8) gebildet ist.
Ventil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strömungskammer (24) und die Betätigungskammer (26) über zumindest einen Luftspalt (92) fluidisch verbunden sind, wobei der Luftspalt (92) insbesondere in einem die Ventilöffnung (14) umgebenden Bereich angeordnet ist.
Ventil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennwand (28) eine die Ventilöffnung zumindest teilweise umlaufende und sich in Bewegungsrichtung (B) des Stellelementes (16) in die Betätigungskammer (26) hinein erstreckende Zwischenwand aufweist, die einen Aufnahmeraum (38) für das Stellelement (16) ausbildet, wobei das Stellelement (16), insbesondere ein erster, der Ventilöffnung (14) zugewandter Endabschnitt (16a) des Stellelementes (16) in dem Aufnahmeraum (38) geführt ist, und wobei der zumindest eine Luftspalt (92) insbesondere von der Strömungskammer (24) in den Aufnahmeraum (38) mündet.
Ventil (2) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Stellelement (16) an dem ersten, der Ventilöffnung (14) zugewandten Endabschnitt (16a) ein die Ventilöffnung (14) verschließendes erstes Dichtelement (42) aufweist, welches zur Ausbildung des zumindest einen Luftspaltes (92) seitlich beabstandet vor der Zwischenwand endet.
Ventilanordnung (100) mit mehreren, insbesondere jeweils nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Ventilen (2), wobei die den Ventilraum (12) eines Ventils (2) jeweils umschließenden Ventilgehäuse (4), insbesondere die Zwischengehäuse (108, 208) und/oder Gehäusedeckel (106) und/oder Gehäuseböden (110), und/oder Leiterplatten (122) einstückig ausgebildet sind.
Ventilanordnung (100) nach Anspruch 10, wobei die mehreren Ventile (2) einen gemeinsamen Druckanschluss (170) aufweisen, der jeweils in den Ventilraum (12), insbesondere in die Strömungskammer (24), besonders bevorzugt in den ersten Bereich der Strömungskammern (12) der Ventile (2) oder einen die ersten Bereiche (24a) der Strömungskammern (24) umfassenden Bereich (182) mündet oder jeweils mit dem Ventilraum (12), insbesondere der Strömungskammer (24), besonders bevorzugt dem ersten Bereich (24a) der Strömungskammern (24) oder dem Bereich (182) über zumindest einen Luftkanal (176) verbunden ist und wobei jedes Ventil (2) eine separate Öffnung (32) zum Verbinden mit der Atmosphäre aufweist, die insbesondere in den zweiten Bereich (24b) der Strömungskammer (24) mündet.
Ventilanordnung (100), nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Ventilräume (12) der mehreren Ventile (2) von dem Aufnahmeraum (34) für die elektronische Kontaktierung der Leiterplatte (122) durch eine Trennwand (188) getrennt sind, wobei die Trennwand (188) insbesondere einstückig mit dem Zwischengehäuse (108) ausgebildet ist, wobei die Trennwand (188) insbesondere einstückig mit dem Zwischengehäuse (108) ausgebildet ist, wobei die Trennwände (188) eine im Montagezustand pneumatisch abgedichtete Durchgangsöffnung für die Leiterplatte (122) aufweisen.
Ventilanordnung (100) nach einem Ansprüche 10 bis 12, wobei in einem von der Luftversorgungseinheit zu der oder den Strömungskammern (24) führenden Luftkanal (176) Leitelemente (94) derart angeordnet sind, dass ein in und/oder durch die Strömungskammern (24) strömendes Fluid eine laminare Strömung aufweist.