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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilunterbaugruppe eines Ventils, insbesondere eines pneumatischen Ventils, zur Steuerung eines Fluidstroms in eine Fluidzelle und aus dieser heraus. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms in eine Fluidzelle und aus dieser heraus sowie auf eine Ventilanordnung. Die Ventilunterbaugruppe, das Ventil und die Ventilanordnung können insbesondere bei einer Sitzverstellungsvorrichtung zum Verstellen einer Kontur einer Sitzanlagefläche eines Fahrzeugsitzes verwendet werden.
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Bei modernen Fahrzeugsitzen gibt es Fluidzellen oder -kammern, die durch druckbeaufschlagtes Fluid aufgebläht bzw. befüllt werden, um eine Sitzfläche oder eine Rückenlehnenfläche des Fahrzeugsitzes (die zusammen als Sitzanlagefläche des Fahrzeugsitzes bezeichnet werden) zu verstellen. Diese Fluidzellen werden durch Ventile bedient, die einen Fluidstrom in die Fluidzelle und aus dieser heraus steuern. Die Ventile können durch Verwendung eines Ventilaktuators betätigt werden. Ein Beispiel eines derartigen Ventilaktuators ist ein sogenanntes „Formgedächtnislegierung“-Element, das im Folgenden auch als SMA-Element bezeichnet wird.
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Ein SMA-Element ist ein Metalllegierungselement, das in Abhängigkeit von seiner Temperatur in zwei verschiedenen Zuständen vorliegt. Bei einer ersten Temperatur, in der Regel bei Umgebungstemperatur, liegt das SMA-Element in einem ersten Zustand, beispielsweise in einem Zustand, in dem der SMA-Draht eine vorbestimmte erste Länge aufweist, vor. Sobald die Temperatur des SMA-Elements eine vorbestimmte Schwellentemperatur, in der Regel im Bereich von 80 °C bis 100 °C, überschreitet, liegt das SMA-Element in einem zweiten Zustand, beispielsweise in einem Zustand, in dem der SMA-Draht eine zweite Länge, die weniger als die erste Länge beträgt, aufweist, vor. Wenn die Temperatur des SMA-Elements wieder unter die Schwellentemperatur fällt, kehrt das SMA-Element in den ersten Zustand zurück und nimmt beispielsweise wieder seine ursprüngliche erste Länge ein.
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Die Änderung der Länge des SMA-Elements zwischen der ersten und der zweiten Länge kann zur Betätigung eines Ventilelements verwendet werden.
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Bei Ventilen werden diese SMA-Elemente oftmals als mit dem Ventilelement gekoppelte Drähte verwendet. Elektrische Energie wird an das SMA-Element angelegt, und - da das SMA-Element mit dem Ventilelement gekoppelt ist - bewirkt die Änderung der Länge des SMA-Elements, dass sich das Ventilelement zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegt.
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Ein bestimmtes Problem bei der Verwendung dieser SMA-Elemente bei Ventilen, und insbesondere bei pneumatischen Ventilen, besteht jedoch darin, dass für ein gegebenes SMA-Element die Änderung der Länge des SMA-Elements begrenzt ist. Dadurch kann möglicherweise nur eine unzulängliche Menge an Fluid durch das Ventil strömen.
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Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Ventilunterbaugruppe, ein Ventil und eine Ventilanordnung, die das obige Problem lösen, bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Weiterentwicklungen werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Ventilunterbaugruppe eines Ventils, das zum Steuern eines Fluidstroms in eine Fluidzelle und aus dieser heraus ausgebildet ist, bereitgestellt. Die Ventilunterbaugruppe weist ein Ventilunterbaugruppengehäuse auf, das eine Druckkammer und einen Fluidkanal, der in die Druckkammer mündet, aufweist. Die Ventilunterbaugruppe weist ferner eine Ventilunterbaugruppenkappe auf, die in der Druckkammer angeordnet ist und entlang einer Hubachse zwischen einer geöffneten Stellung zum Öffnen des Fluidkanals und einer geschlossenen Stellung zum Schließen des Fluidkanals bewegbar ist. Die Ventilunterbaugruppe weist ferner mindestens einen Formgedächtnislegierungsdraht (im Folgenden auch als SMA-Draht bezeichnet) auf, der mit dem Ventilunterbaugruppengehäuse und der Ventilunterbaugruppenkappe gekoppelt ist. Der mindestens eine Formgedächtnislegierungsdraht ist zum Ändern seiner Länge in Abhängigkeit von elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, die bzw. der an den mindestens einen Formgedächtnislegierungsdraht angelegt wird, derart ausgebildet, dass sich beim Anlegen von elektrischer Energie an den mindestens einen Formgedächtnislegierungsdraht die Länge des mindestens einen Formgedächtnislegierungsdrahts ändert und bewirkt, dass sich die Ventilunterbaugruppenkappe zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung bewegt. Der mindestens eine Formgedächtnislegierungsdraht umfasst ferner einen gebogenen Bereich, der sich in einer Längsrichtung, die parallel zu der Hubachse verläuft, erstreckt, wobei der gebogene Bereich mindestens einen gebogenen Abschnitt aufweist, der sich senkrecht zur Längsrichtung erstreckt.
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Durch die Verwendung eines SMA-Drahts mit einem gebogenen Abschnitt, der sich senkrecht zur Längsrichtung erstreckt, kann die Änderung der Länge des SMA-Drahts für einen gegebenen Einbauraum des SMA-Drahts erhöht werden. Dadurch kann eine Hubstrecke der Ventilunterbaugruppenkappe erhöht werden, wodurch eine größere Fluiddurchsatzrate durch das Ventil gestattet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Ventilunterbaugruppe erstreckt sich der mindestens eine Formgedächtnislegierungsdraht entlang einer Drahtachse, die im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung verläuft. Da sich der SMA-Draht entlang einer Drahtachse, die im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung verläuft, erstreckt, kann die Änderung der Länge des SMA-Drahts effektiv erhöht werden. Darüber hinaus erfolgt die Längenänderung des SMA-Drahts, da die Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Hubachse verläuft, in der Richtung der Hubachse und somit wird für eine optimierte Kraftübertragung zwischen dem SMA-Draht und der Ventilunterbaugruppenkappe gesorgt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der gebogene Bereich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Formgedächtnislegierungsdrahts, d. h. mit Ausnahme der Enden des SMA-Drahts. Da sich der gebogene Bereich im Wesentlichen über die gesamte Länge des SMA-Drahts erstreckt, kann eine Änderung der Länge des SMA-Drahts für eine gegebene Länge des SMA-Drahts maximiert werden und somit kann eine Hubstrecke der Ventilunterbaugruppenkappe maximiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der gebogene Bereich zumindest zum Teil eine Spiralform auf. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff „Spiralform“ die Form eines SMA-Drahts, der um eine einzige Achse gewunden ist, wobei jede Windung oder Wicklung dieselbe Steigung aufweist. Die „Steigung“ ist die Höhe der Windung parallel zur Achse der Helix gemessen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Spiralform um eine kreisförmige Helix. Bei einer kreisförmigen Helix weisen die Windungen des SMA-Drahts denselben Durchmesser auf. Dadurch weisen die Windungen des SMA-Drahts eine konstante Krümmung auf und der SMA-Draht unterliegt während der Änderung der Länge des SMA-Drahts einer konstanten Verdrehung. Dies führt zu einer gleichförmigen Änderung der Länge des SMA-Drahts und gestattet eine genauere Betätigung des SMA-Drahts im Vergleich zu einem SMA-Draht mit einer nicht kreisförmigen Helix.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der gebogene Bereich zumindest zum Teil eine Mäanderform auf. Bei dieser Ausführungsform weist der gebogene Bereich eine im Wesentlichen zweidimensionale Form im Vergleich zu der dreidimensionalen Form der Spiralform auf. Des Weiteren weist die Mäanderform einen gebogenen Abschnitt auf, der sich senkrecht zur Längsrichtung erstreckt. Die Mäanderform gestattet somit auch eine erhöhte Änderung der Länge des SMA-Drahts.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Formgedächtnislegierungsdraht ein erstes gerades Ende, das mit der Ventilunterbaugruppenkappe gekoppelt ist, und ein zweites gerades Ende, das mit dem Ventilunterbaugruppengehäuse gekoppelt ist, auf. Da der mindestens eine SMA-Draht durch gerade Enden mit der Ventilunterbaugruppenkappe und dem Ventilunterbaugruppengehäuse gekoppelt ist, tritt während einer Änderung der Länge des SMA-Drahts kein Verbiegen des Endes des SMA-Drahts auf. Dadurch gibt es zwischen den Enden des SMA-Drahts und der Ventilunterbaugruppenkappe und dem Ventilunterbaugruppengehäuse keine Reibung. Somit kann die Lebensdauer des SMA-Drahts erhöht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ventilunterbaugruppe weist die Ventilunterbaugruppe ferner ein Vorspannglied zum Vorspannen der Ventilunterbaugruppenkappe in die geöffnete Stellung oder die geschlossene Stellung auf. Das Vorspannglied wirkt als ein Rückstellglied, das bewirkt, dass sich die Ventilunterbaugruppenkappe in die geöffnete oder die geschlossene Stellung bewegt, wenn der SMA-Draht nicht betätigt wird. Vorzugsweise ist das Vorspannglied derart ausgebildet, dass die Ventilunterbaugruppenkappe in eine geschlossene Stellung vorgespannt wird. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist ein normalerweise geschlossenes Ventil vorgesehen, wobei beim Anlegen von elektrischer Energie an den SMA-Draht durch die Änderung der Länge des SMA-Drahts bewirkt wird, dass sich die Ventilunterbaugruppenkappe entgegen der Vorspannkraft des Vorspannglieds öffnet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Formgedächtnislegierungsdraht zwei Formgedächtnislegierungsdrähte auf, wobei jeder Formgedächtnislegierungsdraht mit dem Ventilunterbaugruppengehäuse und mit der Ventilunterbaugruppenkappe gekoppelt ist und wobei jeder Formgedächtnislegierungsdraht den gebogenen Bereich aufweist. Durch die Verwendung von zwei SMA-Drähten anstatt eines SMA-Drahts muss jeder SMA-Draht lediglich die Hälfte der Hebekraft bzw. Hubkraft für die Ventilunterbaugruppenkappe bereitstellen. Dadurch kann ein SMA-Draht mit einem geringeren Durchmesser gewählt werden, wodurch Kosten reduziert werden und eine schnellere Kühlung des SMA-Drahts gestattet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich ein erster Formgedächtnislegierungsdraht der beiden Formgedächtnislegierungsdrähte entlang einer ersten Drahtachse und ein zweiter Formgedächtnislegierungsdraht der beiden Formgedächtnislegierungsdrähte erstreckt sich entlang einer zweiten Drahtachse und die Hubachse, die erste Drahtachse und die zweite Drahtachse sind alle in derselben Ebene angeordnet. Bei dieser Ausführungsform tritt, da die Hubachse, die erste Drahtachse und die zweite Drahtachse alle in der selben Ebene angeordnet sind, während des Anhebens der Ventilunterbaugruppenkappe kein Abkippen oder Verbiegen der Ventilunterbaugruppenkappe auf und ist eine genauere Steuerung der Ventilunterbaugruppenkappe möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ventilunterbaugruppenkappe ein Kolbenglied und ein Dichtungsglied, das mit dem Kolbenglied gebunden ist, auf, wobei das Kolbenglied und/oder das Dichtungsglied ein Wärmedämmmaterial aufweist bzw. aufweisen. Bei dieser Ausführungsform kann, da das Kolbenglied und/oder das Dichtungsglied ein Wärmedämmmaterial aufweist bzw. aufweisen, die Wärmeabgabe von dem SMA-Draht an das Kolbenglied und/oder das Dichtungsglied auf ein Minimum reduziert sein. Dadurch können Auswirkungen auf die Abkühlung des SMA-Drahts reduziert werden und eine Steuerung des SMA-Drahts kann verbessert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Wärmedämmmaterial um ein Kunststoffmaterial.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ventil zum Steuern eines Fluidstroms in eine Fluidzelle und aus dieser heraus bereitgestellt. Das Ventil weist eine erste Ventilunterbaugruppe gemäß dem ersten Aspekt und seinen Ausführungsformen und eine zweite Ventilunterbaugruppe gemäß dem ersten Aspekt und seinen Ausführungsformen auf. Das Ventil weist des Weiteren einen Verbindungsdurchgang auf, der zur Strömungsverbindung der Druckkammer der ersten Ventilunterbaugruppe mit dem Fluidkanal der zweiten Ventilunterbaugruppe ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Ventilunterbaugruppen zur Bildung eines Ventils kombiniert.
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Gemäß einer Ausführungsform des Ventils ist das Ventil zur Verwendung bei einer Sitzverstellungsvorrichtung eines Fahrzeugsitzes zum Verstellen einer Kontur einer Sitzanlagefläche des Fahrzeugsitzes ausgebildet.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ventilanordnung bereitgestellt. Die Ventilanordnung weist ein erstes Ventil gemäß dem zweiten Aspekt und seiner Ausführungsform auf, wobei das erste Ventil eine Fluidzufuhrleitung mit einem Fluidzufuhrleitungseinlass und einem Fluidzufuhrleitungsauslass aufweist. Die Ventilanordnung weist ferner ein zweites Ventil gemäß dem zweiten Aspekt und seiner Ausführungsform auf, wobei das zweite Ventil eine Fluidzufuhrleitung mit einem Fluidzufuhrleitungseinlass und einem Fluidzufuhrleitungsauslass aufweist. Die Ventilanordnung weist ferner eine Ventilverbindungsleitung auf, die den Fluidzufuhrleitungsauslass des ersten Ventils mit dem Fluidzufuhrleitungseinlass des zweiten Ventils strömungsverbindet. Durch die Kombination von zwei (oder mehr) Ventilen zu einer Ventilanordnung ist die individuelle Steuerung mehrerer Fluidzellen möglich.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden durch die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die hier enthalten sind und Teil der Patentschrift sind. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Ventils, das zwei Ventilunterbaugruppen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
- 2 eine Querschnittsansicht durch das Ventil von 1 hindurch;
- 3 eine detaillierte schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Formgedächtnislegierungsdrahts, die ein Beispiel für einen gebogenen Bereich aufweist;
- 4 eine detaillierte schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Formgedächtnislegierungsdrahts, die ein weiteres Beispiel für einen gebogenen Bereich aufweist;
- 5 eine dreidimensionale Ansicht des Ventils von 1, das mit einer Leiterplatte verbunden ist;
- 6 eine schematische Ansicht einer Ventilanordnung, die zwei Ventile gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist; und
- 7 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Ventils, das zwei Ventilunterbaugruppen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Ventils PV. Das Ventil PV umfasst eine erste Ventilunterbaugruppe VSA1 und eine zweite Ventilunterbaugruppe VSA2. Das Ventil PV ist zum Steuern eines Fluidstroms in eine Fluidzelle FC (die schematisch durch die gestrichelte Linie angegeben wird) und aus dieser heraus ausgebildet. Beispielsweise ist das Ventil PV ein pneumatisches Ventil, das zum Steuern eines Fluidstroms in eine und aus einer Fluidzelle FC einer Sitzverstellungsvorrichtung eines Fahrzeugsitzes VS zum Verstellen einer Kontur C einer Sitzanlagefläche SF des Fahrzeugsitzes VS ausgebildet ist.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, weisen die erste Ventilunterbaugruppe VSA1 und die zweite Ventilunterbaugruppe VSA2 dieselbe Konstruktion auf. Somit wird zunächst eine detaillierte Erläuterung der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 bereitgestellt, auf die eine viel kürzere Beschreibung der zweiten Ventilunterbaugruppe VSA2 folgt.
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Die erste Ventilunterbaugruppe VSA1 umfasst ein Ventilunterbaugruppengehäuse H1. Das Ventilunterbaugruppengehäuse H1 umfasst eine Druckkammer PC1 zur Aufnahme von druckbeaufschlagtem Fluid. Das Ventilunterbaugruppengehäuse H1 umfasst ferner einen in die Druckkammer PC1 mündenden Fluidkanal FP1 zur Zufuhr von druckbeaufschlagtem Fluid zur Druckkammer PC1. Das Ventilunterbaugruppengehäuse H1 umfasst des Weiteren einen in die Druckkammer PC1 mündenden Fluidauslass FO1 zur Zufuhr von druckbeaufschlagtem Fluid zur Fluidzelle FC.
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Die Ventilunterbaugruppe VSA1 umfasst ferner eine Ventilunterbaugruppenkappe C1, die in der Druckkammer PC1 angeordnet ist und entlang einer Hubachse LA zwischen einer geöffneten Stellung zum Öffnen des Fluidkanals FP1 und einer geschlossenen Stellung zum Schließen des Fluidkanals FP1 bewegbar ist.
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Die Ventilunterbaugruppe VSA1 umfasst ferner zwei Formgedächtnislegierungsdrähte (SMA-Drähte) SMA11, SMA12. Die SMA-Drähte SMA11, SMA12 sind dazu ausgebildet, ihre Längen in Abhängigkeit von der elektrischen Energie, insbesondere dem elektrischen Strom, die bzw. der an die SMA-Drähte SMA11, SMA12 angelegt wird, zu ändern. Die SMA-Drähte SMA11, SMA12 enthalten jeweils ein erstes Ende E1 und ein zweites Ende E2 gegenüber dem ersten Ende E1. Die ersten Enden E1 sind mit einem Dichtungsglied SM1 einer Ventilunterbaugruppenkappe C1 verbunden. Das Dichtungsglied SM1 ist zum Abdichten des Fluidkanals FP1 in der geschlossenen Stellung der Ventilunterbaugruppenkappe C1 ausgebildet. Die zweiten Enden E2 der SMA-Drähte SMA11, SMA12 sind mit elektrischen Pins P11, P12 verbunden. Die elektrischen Pins P11, P12 sind mit Verbindungselementen CE11, CE12 verbunden, die wiederum mit dem Ventilunterbaugruppengehäuse H1 verbunden sind. Also sind die zweiten Enden E2 der SMA-Drähte SMA11, SMA12 über die elektrischen Pins P11, P12 und die Verbindungselemente CE11, CE12 mit dem Ventilunterbaugruppengehäuse H1 gekoppelt.
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Die elektrischen Pins P11, P12 werden zur Zufuhr von elektrischer Energie zu den SMA-Drähten SMA11, SMA12 zur Betätigung der SMA-Drähte SMA11, SMA12 verwendet. Beim Anlegen elektrischer Energie an die SMA-Drähte SMA11, SMA12 ändert sich die Länge der SMA-Drähte SMA11, SMA12, so dass die Ventilunterbaugruppenkappe C1 zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung bewegt wird.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die ersten Enden E1 und die zweiten Enden E2 als gerade Enden ausgebildet, d. h. die ersten und die zweiten Enden E1, E2 weisen keine Biegungen auf. Also sind die ersten Enden E1 und die zweiten Enden E2 ohne jegliche Biegungen mit der Ventilunterbaugruppenkappe C1 bzw. dem Ventilunterbaugruppengehäuse H1 gekoppelt. Da die ersten Enden E1 und die zweiten Enden E2 ohne jegliche Biegungen mit der Ventilunterbaugruppenkappe C1 bzw. dem Ventilunterbaugruppengehäuse H1 gekoppelt sind, bewirkt beim Anlegen elektrischer Energie an die SMA-Drähte SMA11, SMA12 eine Änderung der Länge der SMA-Drähte SMA11, SMA12 kein Verbiegen der ersten Enden E1 oder der zweiten Enden E2. Dadurch tritt im Wesentlichen keine Reibung zwischen den ersten Enden E1 und der Ventilunterbaugruppenkappe C1 und im Wesentlichen keine Reibung zwischen den zweiten Enden E1 und dem Ventilunterbaugruppengehäuse H1 auf und die Lebensdauer der SMA-Drähte SMA11, SMA12 kann verbessert werden.
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Die Ventilunterbaugruppe VS1 umfasst ferner ein Vorspannglied BM1. Das Vorspannglied BM1 ist mit dem Dichtungsglied SM1 verbunden und über die Verbindungselemente CE11, CE12 mit dem Ventilunterbaugruppengehäuse H1 gekoppelt. Das Vorspannglied BM1 ist zum Vorspannen der Ventilunterbaugruppenkappe C1 in die geschlossene Stellung derart ausgebildet, dass das Dichtungsglied SM1 den Fluidkanal 1 abdichtend verschließen kann. Das Vorspannglied BM1 kann beispielsweise eine Metallfeder sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Vorspannglied BM1 die Ventilunterbaugruppenkappe C1 in die geöffnete Stellung vorspannen.
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Wie weiterhin aus 1 ersichtlich ist, sind das Vorspannglied BM1 und das Dichtungsglied SM1 auf der Hubachse LA ausgerichtet. Darüber hinaus erstreckt sich der SMA-Draht SMA11 entlang einer ersten Drahtachse WA1, wobei das erste Ende E1 und das zweite Ende E2 auf der ersten Drahtachse WA1 angeordnet sind, und der SMA-Draht SMA12 erstreckt sich entlang einer zweiten Drahtachse WA2, wobei das erste Ende E1 und das zweite Ende E2 auf der zweiten Drahtachse WA2 angeordnet sind.
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Wie ersichtlich ist, erstrecken sich die erste Drahtachse WA1 und die zweite Drahtachse WA2 jeweils im Wesentlichen parallel zur Hubachse LA. Da sich die erste Drahtachse WA1 und die zweite Drahtachse WA2 jeweils im Wesentlichen parallel zur Hubachse LA erstrecken, erfolgt die Änderung der Länge der SMA-Drähte SMA11, SMA12 in der Richtung der Hubachse LA. Dadurch kann eine durch eine Änderung der Länge des SMA-Drahts SMA11, SMA12 erzeugte Hubkraft optimal von den SMA-Drähten SMA11, SMA12 auf das Dichtungsglied SM1 der Ventilunterbaugruppenkappe C1 übertragen werden. Dies gestattet eine optimierte Kraftübertragung von dem SMA-Draht SMA11, SMA12 auf die Ventilunterbaugruppenkappe C1.
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Weiterhin sind die erste Drahtachse WA1 und die zweite Drahtachse WA2 auf einer gemeinsamen Ebene P angeordnet, wie aus 1 ersichtlich ist. Da die Hubachse LA, die erste Drahtachse WA1 und die zweite Drahtachse WA2 auf der gemeinsamen Ebene P angeordnet sind, erfolgt während des Anhebens der Ventilunterbaugruppenkappe C1 kein Abkippen oder Verbiegen der Ventilunterbaugruppenkappe C1. Dadurch ist eine genauere Steuerung der Ventilunterbaugruppenkappe 1 möglich und eine zuverlässigere Abdichtung des Fluidkanals FP1 erzielbar.
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Es wird nun kurz auf die zweite Ventilunterbaugruppe VSA2 Bezug genommen.
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Wie erwähnt wurde, weist die zweite Ventilunterbaugruppe VSA2 dieselbe Konstruktion wie die erste Ventilunterbaugruppe VSA1 auf. Das bedeutet, dass die zweite Ventilunterbaugruppe VSA2 ein Ventilunterbaugruppengehäuse H2 aufweist, das eine Druckkammer PC2 aufweist, wobei ein Fluidkanal FP2 in die Druckkammer PC2 mündet. Das Ventilunterbaugruppengehäuse H2 umfasst des Weiteren einen Fluidauslass FO2. Der Fluidauslass FO2 ist dahingehend mit der Umgebung verbunden, das Auslassen von Fluid aus der Druckkammer 2 zu gestatten.
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Wie bei der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 umfasst die zweite Ventilunterbaugruppe VSA2 eine Ventilunterbaugruppenkappe C2, die in der Druckkammer PC2 angeordnet ist. Die Ventilunterbaugruppenkappe C2 ist entlang der Hubachse LA der Ventilunterbaugruppenkappe C1, d. h. entlang derselben Achse, zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung zum Öffnen und Schließen des Fluidkanals FP2 bewegbar.
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Wie bei der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 umfasst die zweite Ventilunterbaugruppe VSA2 zwei SMA-Drähte SMA21, SMA22, die jeweils dazu ausgebildet sind, ihre Länge in Abhängigkeit von der elektrischen Energie, insbesondere dem elektrischen Strom, die bzw. der an die SMA-Drähte SMA21, SMA22 angelegt wird, zu ändern, so dass die Ventilunterbaugruppenkappe C2 zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung bewegt wird. Die SMA-Drähte SMA21, SMA22 enthalten jeweils ein erstes Ende E1 und ein zweites Ende E2 gegenüber dem ersten Ende E1. Die ersten Enden E1 sind mit einem Dichtungsglied SM2 der zweiten Ventilunterbaugruppenkappe C1 zum Abdichten des Fluidkanals FP2 in der geschlossenen Stellung der Ventilunterbaugruppenkappe C2 verbunden. Die zweiten Enden E2 der SMA-Drähte SMA21, SMA22 sind mit elektrischen Pins P21, P22 verbunden, die ihrerseits mit Verbindungselementen CE21, CE22 verbunden sind, um die SMA-Drähte SMA21, SMA22 mit dem Ventilunterbaugruppengehäuse H2 zu koppeln.
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Wie bei der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 sind die ersten Enden E1 und die zweiten Enden E2 der SMA-Drähte SMA21, SMA22 als gerade Enden ausgebildet, so dass eine Änderung der Länge der SMA-Drähte SMA11, SMA12 kein Verbiegen der ersten und der zweiten Enden E1, E2 bewirkt.
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Darüber hinaus erstreckt sich der SMA-Draht SMA21 wie bei der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 entlang der ersten Drahtachse WA1 und erstreckt sich der SMA-Draht SMA22 entlang der zweiten Drahtachse WA2. Somit erstrecken sich die SMA-Drähte SMA11, SMA12 entlang derselben Drahtachse WA1 und die SMA-Drähte SMA21, SMA22 erstrecken sich entlang derselben Drahtachse WA2.
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Wie bei der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 erstrecken sich die erste Drahtachse WA1 des SMA-Drahts SMA21 und die zweite Drahtachse WA2 des SMA-Drahts SMA22 zur Optimierung einer Kraftübertragung von den SMA-Drähten SMA21, SMA22 auf die Ventilunterbaugruppenkappe C2 jeweils im Wesentlichen parallel zur Hubachse LA. Darüber hinaus sind die erste Drahtachse WA1, die zweite Drahtachse WA2 und die Hubachse LA wie bei der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 auf einer gemeinsamen Ebene P angeordnet, um jegliches Abkippen oder Verbiegen der Ventilunterbaugruppenkappe C2 zu verhindern.
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Wie die erste Ventilunterbaugruppenkappe C1 umfasst die zweite Ventilunterbaugruppenkappe C2 auch ein Vorspannglied BM2, das mit dem Dichtungsglied SM2 verbunden und über Verbindungselemente CE21, CE22 mit dem Ventilunterbaugruppengehäuse H2 gekoppelt ist. Das Vorspannglied BM2 ist zum Vorspannen der Ventilunterbaugruppenkappe C2 in die geschlossene Stellung derart ausgebildet, dass das Dichtungsglied SM2 den Fluidkanal FP2 abdichtend verschließen kann.
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Wie ferner aus 1 ersichtlich ist, umfasst das Ventil PF ferner eine Fluidzufuhrleitung FSC. Die Fluidzufuhrleitung FSC ist in der Druckkammer PC1 der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 angeordnet und dazu ausgebildet, der Druckkammer PC1 druckbeaufschlagtes Fluid, wie z. B. Druckluft, zuzuführen. Die Fluidzufuhrleitung FSC umfasst einen Fluidzufuhrleitungseinlass FSCI und einen Fluidzufuhrleitungsauslass FSCO gegenüber dem Fluidzufuhrleitungseinlass FSCI. Die Fluidzufuhrleitung FSC ist ferner mit dem Fluidkanal FP1 der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 strömungsverbunden, so dass druckbeaufschlagtes Fluid über den Fluidkanal FP1 in die Druckkammer PC1 eindringen kann, wenn sich die Ventilunterbaugruppenkappe C1 in einer geöffneten Stellung befindet.
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Es sei nun auf 2 verwiesen, die eine Querschnittsansicht durch das Ventil PF von 1 zeigt. Elemente, die bereits in Verbindung mit 1 erläutert wurden, wie z. B. die Fluidkanäle FP1, FP2, haben dieselben Bezugszeichen.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst das Ventil PV einen Verbindungsdurchgang CP, der die Druckkammer PC1 der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 mit dem Strömungskanal FP2 der zweiten Ventilunterbaugruppe VSA2 strömungsverbindet. Durch das Vorsehen des Verbindungdurchgangs CP wird eine Strömungsverbindung zwischen der Druckkammer PC1 der ersten Ventilunterbaugruppe VSA2 und der Druckkammer PC2 der zweiten Ventilunterbaugruppe VSA2 bereitgestellt. Dadurch wird ermöglicht, dass druckbeaufschlagtes Fluid aus der Druckkammer PC1 in die Druckkammer PC2 strömt.
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Es sei nun auf 3 verwiesen, die eine detaillierte schematische Ansicht einer Ausführungsform der bei dem Ventil PV von 1 verwendeten SMA-Drähte SMA11, SMA12, SMA21, SMA22 zeigt. Der Klarheit halber wird im Folgenden mit dem SMA-Draht SMA3 auf diese Ausführungsform Bezug genommen.
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Der SMA-Draht SMA3 umfasst ein erstes Ende E1 und ein zweites Ende E2, die auf derselben Drahtachse WA angeordnet sind. Der SMA-Draht SMA3 umfasst ferner einen gebogenen Bereich BS. Der gebogene Bereich BS erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge L (mit Ausnahme des ersten und des zweiten Endes E1, E2) des SMA-Drahts SMA3 hinweg. Der gebogene Bereich BS erstreckt sich in einer Längsrichtung LD, die parallel zu der Hubachse LA und der Drahtachse WA verläuft. Der gebogene Bereich BS umfasst ferner mindestens einen gebogenen Abschnitt BP, der sich senkrecht zur Längsrichtung LD erstreckt. Dadurch gestattet der gebogene Bereich BS für eine gegebene Länge L des SMA-Drahts SMA3 (wie gezeigt zwischen dem ersten und dem zweiten Ende E1, E2 gemessen) eine größere Änderung der Länge des SMA-Drahts SMA3 im Vergleich zu einem SMA-Draht mit derselben Länge L, jedoch ohne gebogenen Bereich. Durch die größere Änderung der Länge des SMA-Drahts SMA3 unter Verwendung des gebogenen Bereichs BS kann die Hubstrecke der Ventilunterbaugruppenkappen C1, C2 für einen gegebenen Einbauraum des SMA-Drahts SMA3 erhöht werden und ist ein höherer Fluiddurchsatz durch das Ventil PV möglich.
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Bei der bestimmten Ausführungsform, die in 3 gezeigt wird, umfasst der gebogene Bereich BS eine Spiralform HS. Bei der gezeigten bestimmten Ausführungsform handelt es sich bei der Spiralform HS um eine kreisförmige Helix mit drei vollständigen Windungen T1, T2, T3, die jeweils einen Durchmesser D und eine Steigung P aufweisen. Da jede Windung T1, T2, T3 denselben Durchmesser D und dieselbe Steigung P aufweist, weist der SMA-Draht SMA3 eine konstante Krümmung in dem gebogenen Bereich BS auf und unterliegt somit einer konstanten Verdrehung, wenn der SMA-Draht SMA3 seine Länge ändert. Die konstante Krümmung und die konstante Verdrehung in dem gebogenen Bereich BS führt zu einer gleichmäßigen Änderung der Länge des SMA-Drahts SMA3 in dem gebogenen Bereich BS und bietet somit eine genauere Steuerung der Änderung der Länge des SMA-Drahts SMA3.
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Bei weiteren Ausführungsformen kann die kreisförmige Helix HS mehr oder weniger als drei vollständige Windungen enthalten. Des Weiteren ist die Spiralform HS in Abhängigkeit von dem Einbauraum, der für den SMA-Draht SMA3 zur Verfügung gestellt wird, möglicherweise keine kreisförmige Helix, sondern eine konische Helix mit einer sich verjüngenden Form.
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Es sei nun auf 4 verwiesen, die eine detaillierte schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der bei dem Ventil PV von 1 verwendeten SMA-Drähte SMA11, SMA12, SMA21, SMA22 zeigt. Der Klarheit halber wird im Folgenden mit dem SMA-Draht SMA4 auf diese Ausführungsform Bezug genommen.
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Im Vergleich zu der in 3 gezeigten Ausführungsform umfasst der SMA-Draht SMA4 einen gebogenen Bereich BS, der sich in der Längsrichtung LD erstreckt und eine Mäanderform MS aufweist. Im Vergleich zu der dreidimensionalen Spiralform HS von 3 ist die Mäanderform von 4 eine zweidimensionale Form, die auch mindestens einen gebogenen Abschnitt BP, der sich senkrecht zur Längsrichtung LD erstreckt, aufweist. Somit gestattet der SMA-Draht SMA4 durch die Verwendung einer Mäanderform MS eine größere Änderung der Länge für einen gegebenen Einbauraum des SMA-Drahts SMA4.
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Es ist vorstellbar, dass der gebogene Bereich BS bei weiteren Ausführungsformen sowohl eine Spiralform HS als auch eine Mäanderform MS aufweist.
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Es ist auch vorstellbar, dass die SMA-Drähte SMA11, SMA12, SMA21, SMA22 einen gebogenen Bereich BS mit anderen Formen als der erwähnten Spiralform HS oder Mäanderform MS aufweisen, solange der gebogene Bereich BS mindestens einen gebogenen Abschnitt BP, der sich senkrecht zur Längsrichtung LD des gebogenen Bereichs BS erstreckt, aufweist.
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Es sei nun auf 5 verwiesen, die eine dreidimensionale Ansicht des Ventils PF von 1 zeigt. Wie ersichtlich ist, sind das Ventilunterbaugruppengehäuse H1 der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 und das Ventilunterbaugruppengehäuse H2 der zweiten Ventilunterbaugruppe VSA2 zu einem gemeinsamen Ventilgehäuse H kombiniert.
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Wie weiterhin ersichtlich ist, weist das Ventil PV eine Fluidzufuhrleitung FSC und die bereits erwähnten Fluidauslässe FO1 und FO2 der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 bzw. der zweiten Ventilunterbaugruppe VSA2 auf. Das Ventilgehäuse H des Ventils PV ist ferner mit einer Leiterplatte PCB verbunden. Die Leiterplatte PCB ist über ein Dichtungsglied S (siehe 1) mit dem gemeinsamen Ventilgehäuse H abdichtend verbunden. Die Leiterplatte PCB ist ferner zur elektrischen Verbindung der elektrischen Pins P11, P12, P21, P22 der SMA-Drähte SMA11, SMA12, SMA21, SMA22 ausgebildet, so dass elektrische Energie an die SMA-Drähte SMA11, SMA12, SMA21, SMA22 zur Betätigung der Ventilunterbaugruppenkappen C1, C2 angelegt werden kann.
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Es sei nun auf 6 verwiesen, die eine zwei Ventile kombinierende Ventilanordnung VA gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, die in Verbindung mit 1-5 erörtert wird, zeigt. Die Ventilanordnung PV umfasst ein erstes Ventil PV1 und ein zweites Ventil PV2. Die Ventilanordnung VA umfasst ferner eine Ventilverbindungsleitung VCC, die den Fluidzufuhrleitungsauslass FSCO des ersten Ventils PV1 mit dem Fluidzufuhrleitungseinlass FSCI des zweiten Ventils PV2 strömungsmäßig verbindet. Aufgrund der Konstruktion des ersten und des zweiten Ventils PV1, PV2 ist es möglich, dass das erste Ventil PV1 einen Fluidstrom in eine erste Fluidzelle FC1 und aus dieser heraus steuern kann und dass das zweite Ventil PV2 einen Fluidstrom in eine zweite Fluidzelle FC2 und aus dieser heraus individuell steuern kann. Wie aus 6 ersichtlich ist, umfasst das erste Ventil PV1 eine erste Leiterplatte PCB1 und umfasst das zweite Ventil PV2 eine zweite Leiterplatte PCB2. Bei weiteren Ausführungsformen können das erste Ventil PV1 und das zweite Ventil PV2 jedoch auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein.
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Es sei nun auf 7 verwiesen, die eine weitere Ausführungsform eines Ventils PV3 zeigt. Das Ventil PV3 umfasst eine erste Ventilunterbaugruppe VSA1 mit einer Ventilunterbaugruppenkappe C3 und eine zweite Ventilunterbaugruppe VSA2 mit einer Ventilunterbaugruppenkappe C4. Im Vergleich zu den Ventilunterbaugruppenkappen C1, C2 der Ventile PV, PV1, PV2 die in Verbindung mit 1-6 erläutert werden, enthalten die Ventilunterbaugruppenkappen C3, C4 von 7 jeweils ein Kolbenglied PM1, PM2. Ein Ende des Kolbenglieds PM1, PM2 ist mit dem Dichtungsglied SM1, SM2 verbunden. Das andere Ende des Kolbenglieds PM1, PM2 ist mit dem Vorspannglied BM1, BM2 verbunden und wird in dem Vorspannglied BM1, BM2, das die Form einer gebogenen Feder aufweist, beweglich geführt.
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Bei der bestimmten Ausführungsform, die in 7 gezeigt wird, umfasst bzw. umfassen das Kolbenglied PM1, PM2 und/oder das Dichtungsglied SM1, SM2 ein Wärmedämmmaterial, wie z. B. ein Kunststoffmaterial, oder ist bzw. sind aus diesem hergestellt. Da das Kolbenglied PM1, PM2 und/oder das Dichtungsglied SM1, SM2 ein Wärmedämmmaterial aufweist bzw. aufweisen oder aus diesem hergestellt ist bzw. sind, kann eine Wärmeabgabe von dem SMA-Draht SMA11, SMA12, SMA21, SMA22 an das Kolbenglied PM1, PM2 und/oder das Dichtungsglied SM1, SM2 auf ein Minimum reduziert werden. Dadurch können Auswirkungen auf die Abkühlung der SMA-Drähte SMA11, SMA12, SMA21, SMA22 reduziert werden und kann eine Steuerung der SMA-Drähte SMA11, SMA12, SMA21, SMA22 verbessert werden.
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Im Folgenden wird der Betrieb der Ventile PV, PV1, PV2, PV3 kurz beschrieben.
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Wie erwähnt wurde, enthalten die Ventile PV, PV1, PV2, PV3 eine erste Ventilunterbaugruppe VSA1 und eine zweite Ventilunterbaugruppe VSA2. Die erste Ventilunterbaugruppe VSA1 umfasst eine Druckkammer PC1, und die zweite Ventilunterbaugruppe VSA2 umfasst eine Druckkammer PC2. Beide Druckkammern PC1, PC2 sind über einen Verbindungsdurchgang CP (siehe 2) strömungsmäßig verbunden. Die Druckkammer PC1 umfasst ferner einen Fluidauslass FO1, und die Druckkammer PC2 umfasst ferner einen Fluidauslass FO2. Zur Erläuterung des Betriebs der Ventile PV, PV1, PV2, PV3, die nachstehend erfolgt, wird angenommen, dass der Fluidauslass FO2 mit der Umgebung verbunden ist und dass der Fluidauslass FO1 mit der Fluidzelle FC, die bei einer Sitzverstellungsvorrichtung eines Fahrzeugsitzes, wie z. B. des Fahrzeugsitzes VS von 1, verwendet werden kann, verbunden ist.
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Die Ventile PV, PV1, PV2, PV3 können drei Stellungen einnehmen. In einer ersten Stellung ist der Fluidkanal FP1 der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 geschlossen und der Fluidkanal FP2 der zweiten Ventilunterbaugruppe VSA2 ist geschlossen. In einer zweiten Stellung ist lediglich der Fluidkanal FP1 der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 geöffnet und ist der Fluidkanal FP2 der zweiten Ventilunterbaugruppe VSA2 geschlossen. In einer dritten Stellung ist lediglich der Fluidkanal FP2 der zweiten Ventilunterbaugruppe VSA2 geöffnet und ist der Fluidkanal FP1 der ersten Ventilunterbaugruppe VSA1 geöffnet.
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Es wird weiterhin angenommen, dass sich die Ventile PV, PV1, PV2, PV3 in der ersten Stellung, d. h. in einer Stellung, in der die beiden Fluidkanäle FP1, FP2 geschlossen sind, befinden.
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Als Nächstes muss der Fluidkanal FP1 geöffnet werden, wenn die Fluidzelle FC aufgebläht bzw. befüllt werden soll. Dazu muss sich die erste Ventilunterbaugruppenkappe C1 aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung bewegen. Dazu wird elektrische Energie an die SMA-Drähte SMA11, SMA12 angelegt, so dass eine Länge der SMA-Drähte SMA11, SMA12 reduziert wird, wodurch das Dichtungselement SM1 entgegen der Vorspannkraft des Vorspannglieds BM1 aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung bewegt wird. Druckbeaufschlagtes Fluid, wie z. B. Druckluft, kann dann ungehindert aus dem Fluidzufuhrleitungseinlass SSCI über den Fluidkanal FP1 in die Druckkammer PC1 und von dort über den Fluidauslass FO1 in die Fluidzelle FC strömen. Da der Fluidkanal FP2 der zweiten Ventilunterbaugruppe VSA2 geschlossen ist, kann das Druck beaufschlagte Fluid nicht über den Verbindungsdurchgang CP von der Druckkammer PC1 in die Druckkammer PC2 strömen.
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Sobald die Fluidzelle FC bis zu einem vorbestimmten Grad aufgebläht ist, wird der Fluidkanal FP1 geschlossen. Dazu wird die Zufuhr elektrischer Energie, die an die SMA-Drähte SMA11, SMA12 angelegt wird, unterbrochen. Dadurch erstrecken sich die SMA-Drähte SMA11, SMA12 in ihren ursprünglichen Längen und das Dichtungselement SM1 wird durch die Vorspannkraft des Vorspannglieds BM1 aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung bewegt.
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Als Nächstes wird erläutert, wie Fluid aus der Fluidzelle FC abgelassen werden kann. Dazu muss der Fluidkanal FP2 geöffnet werden, so dass druckbeaufschlagtes Fluid aus der Druckkammer PC1 über den Verbindungsdurchgang CP in die Druckkammer PC2 und von dort über den Fluidauslass FO2 in die Umgebung strömen kann. Zum Öffnen des Fluidkanals wird elektrische Energie an die SMA-Drähte SMA21, SMA22 angelegt. Dadurch ziehen sich die SMA-Drähte SMA21, SMA22 zusammen und das Dichtungselement SM2 wird entgegen der Vorspannkraft des Vorspannglieds BM2 aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung bewegt.
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Zwar wird erläutert, dass die Ventilunterbaugruppen VSA1, VSA2 jeweils zwei SMA-Drähte SMA11, SMA12 und SMA21, SMA22 enthalten, die zueinander parallel und in derselben Ebene P mit der Hubachse LA angeordnet sind. Jedoch können die Ventilunterbaugruppen VSA1, VSA2 bei anderen Ausführungsformen jeweils mehr als zwei SMA-Drähte, vorzugsweise Vielfache von zwei SMA-Drähten, wie z. B. vier oder sechs SMA-Drähte, enthalten. Bei diesen Ausführungsformen sind Paare aus zwei SMA-Drähten vorzugsweise derart angeordnet, dass die beiden SMA-Drähte für jedes Paar parallel zueinander und in derselben Ebene mit der Hubachse LA angeordnet sind. Bei weiteren Ausführungsformen können die Ventilunterbaugruppen VSA1, VSA2 jeweils eine ungerade Anzahl an SMA-Drähten, wie z. B. drei oder fünf SMA-Drähte, enthalten. Bei diesen Ausführungsformen sind die SMA-Drähte symmetrisch um die Hubachse LA angeordnet, so dass während einer Änderung der Länge der SMA-Drähte kein Abkippen oder Verbiegen der Ventilkappe auftritt.
