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Die vorliegende Erfindung betrifft ein pneumatisches Ventil für eine Fluidblase einer pneumatischen Verstellvorrichtung eines Fahrzeugsitzes. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Ventilanordnung sowie eine Verstellvorrichtung mit einer derartigen Ventilanordnung.
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In modernen Fahrzeugsitzen befinden sich mit einem Druckmittel, insbesondere mit einem gasförmigen Druckmittel, wie Druckluft, befüllbare Fluidkammern bzw. Fluidblasen als Stellelemente im Bereich der Sitzfläche bzw. Sitzlehne (zusammen auch als Sitzanlagefläche bezeichnet). Derartige Fluidkammern können über eine jeweilige Druckmittelleitung mit dem Druckmittel versorgt werden. Durch das Befüllen bzw. Entleeren einer jeweiligen Fluidkammer mit Druckmittel wird deren Volumen vergrößert bzw. verkleinert, sodass die Eigenschaften der Sitzanlagefläche, insbesondere deren Kontur, verändert werden können. Zur Befüllung der jeweiligen Fluidkammer mit Druckmittel wird das Druckmittel zunächst von einer Druckmittelquelle beispielsweise von einem Kompressor bzw. einer Verdichtereinheit erzeugt und über ein geeignetes Ventil zu einer jeweiligen Fluidkammer gesteuert geführt.
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Bei derartigen Ventilen sind üblicherweise Ventilaktuatoren zum Betätigen eines Absperrelements eines Ventils innerhalb des mit Fluid durchströmten Ventilraums angeordnet. Nachteilig daran ist, dass die Ventilaktuatoren gegenüber der Umgebung fluidmäßig abgedichtet werden müssen. Dies führt zu zusätzlichen Kosten und einem erhöhten Konstruktionsaufwand für das Ventil. Der Aufwand erhöht sich weiter, wenn mehrere Fluidkammern bzw. Fluidblasen angesteuert werden sollen und insbesondere, wenn diese getrennt voneinander angesteuert werden sollen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein kostengünstiges pneumatisches Ventil bereitzustellen, bei dem auf zusätzliche Dichtelemente im Bereich des Ventilaktuators verzichtet werden kann. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ventilanordnung wie auch eine Verstellvorrichtung mit einer derartigen Ventilanordnung bereitzustellen.
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Diese Aufgaben werden durch ein pneumatisches Ventil gemäß dem Patentanspruch 1, durch eine Ventilanordnung gemäß dem Patentanspruch 12 und durch eine Verstellvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein pneumatisches Ventil für eine Fluidblase einer pneumatischen Verstellvorrichtung eines Fahrzeugsitzes geschaffen. Das pneumatische Ventil umfasst ein Basiselement mit einer Oberseite, wobei das Basiselement einen sich zumindest teilweise in dem Basiselement erstreckenden ersten Fluidkanal und einen sich zumindest teilweise in dem Basiselement erstreckenden zweiten Fluidkanal aufweist. Das Basiselement weist ferner einen sich von der Oberseite des Basiselements in eine Fügerichtung erstreckenden ersten Vorsprung mit einer ersten Öffnung, die fluidmäßig mit dem ersten Fluidkanal verbunden ist, und einen sich von der Oberseite des Basiselements in Fügerichtung erstreckenden und innerhalb der ersten Öffnung angeordneten zweiten Vorsprung mit einer zweiten Öffnung, die fluidmäßige mit der ersten Öffnung und fluidmäßig mit dem zweiten Fluidkanal verbunden ist, auf. Das pneumatische Ventil weist ferner eine Membran (beispielsweise eine dünne, fluiddichte Folie oder dergleichen) auf, die auf der Oberseite des Basiselements angeordnet und zwischen einer ersten Stellung, in der die Membran derart von dem zweiten Vorsprung losgelöst ist, dass eine fluidmäßige Verbindung zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung hergestellt ist, und einer zweiten Stellung, in der die Membran derart an dem zweiten Vorsprung anliegt, dass eine fluidmäßige Verbindung zwischen der ersten Öffnung der zweiten Öffnung unterbrochen ist, betätigbar bzw. bewegbar ist. In der ersten Stellung der Membran ist also der erste Fluidkanal mit dem zweiten Fluidkanal fluidmäßig verbunden. In der zweiten Stellung der Membran ist hingegen der erste Fluidkanal von dem zweiten Fluidkanal fluidmäßig getrennt bzw. ist keine fluidmäßige Verbindung zwischen dem ersten Fluidkanal und dem zweiten Fluidkanal vorhanden. Das erfindungsgemäße pneumatische Ventil weist ferner eine Leiterplatte auf, die auf der Membran bzw. auf einer Oberseite der Membran angeordnet ist und eine Ausnehmung aufweist, in die sich der erste Vorsprung zumindest teilweise erstreckt. Mit der Bezeichnung „zumindest teilweise“ ist gemeint, dass sich der erste Vorsprung nicht vollständig durch die Ausnehmung hindurch erstrecken muss. Mit anderen Worten ist es nicht zwingend notwendig, dass der erste Vorsprung aus der Ausnehmung auf einer Oberseite der Leiterplatte herausragt. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt die Bezeichnung „Leiterplatte“ einen Träger für elektrische bzw. elektronische Bauteile, die sowohl mechanisch als auch elektrisch anbindbar sind. Das erfindungsgemäße pneumatische Ventil weist ferner ein Halteelement auf, das die Leiterplatte, die Membran und das Basiselement in Richtung der Fügerichtung in ihrem Abstand zueinander derart fixiert, dass die Membran an dem ersten Vorsprung dauerhaft fluiddicht anliegt. Mit der Bezeichnung „dauerhaft“ ist gemeint, dass die Membran permanent, insbesondere sowohl in der ersten Stellung der Membran also auch in der zweiten Stellung der Membran, an dem ersten Vorsprung fluiddicht anliegt. Dadurch soll ein Austreten des Fluids aus der ersten Öffnung, insbesondere in einen Raum zwischen dem ersten Vorsprung und der Membran, verhindert werden.
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Dem erfindungsgemäßen pneumatischen Ventil liegt der Gedanke zu Grunde, dass durch die Anordnung Basiselement-Membran-Leiterplatte eine Sandwich-Anordnung aus diesen Komponenten erzeugt wird, bei der die Membran zwischen dem Basiselement und der Leiterplatte mittels des Halteelements sozusagen eingeklemmt wird. Dadurch, dass die Leiterplatte oberhalb der Membran angeordnet ist und die Membran dauerhaft an dem ersten Vorsprung fluiddicht anliegt, wird sichergestellt, dass ein Ventilraum oberhalb der Leiterplatte frei von Fluid ist bzw. nicht in Kontakt mit Fluid kommt. Dies ermöglicht es, dass ein Ventilaktuator, der beispielsweise die Membran zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung bewegen soll, ohne besondere fluidmäßige Vorkehrungen auf der Oberseite der Leiterplatte angeordnet werden kann und daher auf zusätzliche Dichtelemente im Bereich des Ventilaktuators verzichtet werden kann.
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Ferner beruht das erfindungsgemäße pneumatische Ventil auf der Idee, dass die Leiterplatte nicht nur als Anbindungselement für einen Ventilaktuator des pneumatischen Ventils dient, sondern zusammen mit dem Halteelement als Fixier- und Vorspannmittel zum Fixieren und Vorspannen der Membran verwendet werden kann. Die Leiterplatte erfüllt also mehrere Funktionen. Einerseits dient sie zur (elektrischen) Anbindung des Ventilaktuators. Andererseits dient sie zusammen mit dem Halteelement auch als indirektes oder direktes Fixier- und Vorspannmittel zum Fixieren und Vorspannen der Membran. Indem die Leiterplatte mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllt, wird ein besonders kompaktes und kostengünstiges pneumatisches Ventil geschaffen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils weist das pneumatische Ventil ferner ein elektrisches Betätigungselement (Beispiel für einen Ventilaktuator) zum Betätigen der Membran auf, wobei das elektrische Betätigungselement elektrisch an die Leiterplatte angebunden ist. Das elektrische Betätigungselement dient also zum Bewegen der Membran zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung und damit zum Herstellen oder Trennen einer fluidmäßigen Verbindung zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung. Das elektrische Betätigungselement kann beispielsweise ein Piezoaktuator, ein Formgedächtnislegierungsaktuator oder ein anderer elektrisch ansteuerbarer Aktuator sein. Dadurch, dass das elektrische Betätigungselement elektrisch an die Leiterplatte angebunden ist, ist keine zusätzliche elektrische Anbindungskomponente zur elektrischen Versorgung des Betätigungselements erforderl ich.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Leiterplatte zudem elektrische Steuerelemente wie beispielsweise einen Bipolar-Transistor, ein MOSFET oder dergleichen zur elektrischen Ansteuerung des elektrischen Betätigungselements auf. Indem die Leiterplatte zusätzlich elektrische Steuerelemente zum Ansteuern des Betätigungselements aufweist, kann weiterer Bauraum gespart werden und ein noch kompakteres pneumatisches Ventil geschaffen werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils ist das Betätigungselement ein Formgedächtnislegierungselement bzw. als ein solches ausgebildet, wobei das Formgedächtnislegierungselement mechanisch an die Leiterplatte gekoppelt ist. Formgedächtnislegierungselemente sind besonders einfache, leise und platzsparende Betätigungselemente, die durch elektrische und mechanische Kopplung an die Leiterplatte zuverlässig und einfach ansteuerbar sind. Bei der Verwendung eines Formgedächtnislegierungselements hat die Leiterplatte neben der bereits beschriebenen Halte- und elektrischen Anbindungsfunktion zudem eine mechanische (kraftaufnehmende) Kopplungsfunktion. Die Leiterplatte übernimmt somit sogar drei Funktionen.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils sind der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung jeweils als zylindrische Vorsprünge, insbesondere als kreiszylindrische Vorsprünge, ausgebildet. Die zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen, Vorsprünge haben den Vorteil, dass eine besonders gute Dichtwirkung am Umfang der ersten und zweiten Öffnung vorherrscht. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des pneumatischen Ventils.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils sind der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung koaxial bzw. konzentrisch zueinander angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich der zweite Vorsprung radial gesehen mittig bzw. zentrisch innerhalb der ersten Öffnung. Dies hat wiederum den Vorteil einer besseren Dichtwirkung am Umfang der zweiten Öffnung, da die Membran umfangsmäßig mit einer gleichmäßigen und mittenzentrierten Dichtkraft die zweite Öffnung schließen kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils ragt der erste Vorsprung in Fügerichtung zumindest teilweise über den zweiten Vorsprung hinaus. Mit anderen Worten steht der erste Vorsprung über den zweiten Vorsprung vor. Dies hat den Vorteil, dass ein zuverlässiges und dauerhaftes fluiddichtes Anliegen der Membran an dem ersten Vorsprung sichergestellt wird und gleichzeitig ausreichend Platz zum Bewegen der Membran zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung im Bereich des zweiten Vorsprungs ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils weist die Leiterplatte in einem Übergangsbereich zu der Ausnehmung eine Vorspannkante bzw. einen Vorspannkanntenbereich auf, die bzw. der dazu ausgebildet ist, bei Fixierung der Leiterplatte mittels des Halteelements derart in Kontakt mit der Membran zu treten, dass die Membran mit einer vorbestimmten Vorspannkraft vorgespannt ist. Die Vorspannkannte bzw. der Vorspannkanntenbereich kann beispielsweise einen vorbestimmten Radius aufweisen, durch den eine auf die Membran wirkende vorbestimmte Vorspannkraft bei der Fixierung der Leiterplatte mittels des Halteelements einstellbar ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils ist das Halteelement integral mit dem Basiselement ausgebildet. Mit anderen Worten sind das Halteelement und das Basiselement einstückig ausgebildet. Das Halteelement ist also keine separate Komponente, die an das Basiselement angefügt, angesteckt oder montiert ist. Die integrale Ausbildung erfolgt beispielsweise dadurch, dass bei der Herstellung des Basiselements das Halteelement mit ausgebildet wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Halteelement als ein sich von der Oberseite des Basiselements in Fügerichtung (also in dieselbe Richtung wie der erste und zweite Vorsprung) erstreckender dritter Vorsprung, der sich durch eine in der Membran und der Leiterplatte jeweils vorhandene Öffnung erstreckt und einen Halteabschnitt aufweist, der eine Oberseite der Leiterplatte derart kontaktiert, dass die Leiterplatte, die Membran und das Basiselement in ihrem Abstand zueinander fixiert sind. Der dritte Vorsprung kann beispielsweise als Haltestift ausgebildet sein, der durch die Membran und die Leiterplatte hindurchragt. Der Halteabschnitt kann dadurch gebildet werden, dass der dritte Vorsprung als kreiszylindrischer Haltestift mit einem endseitigen Gewindeabschnitt ausgebildet ist und ein auf den Gewindeabschnitt aufgeschraubtes Mutterelement den Halteabschnitt bildet.
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Selbstverständlich sind weitere zweckmäßige Ausgestaltungen zur Ausbildung des Halteabschnitts denkbar.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird der Halteabschnitt dadurch gebildet, dass der dritte Vorsprung zumindest teilweise, insbesondere dessen Kopfende, heißverstemmt wird. Dies hat insbesondere beim Zusammenbau des pneumatischen Ventils Vorteile, da keine zusätzlichen Anbauelemente zum Ausbilden des Halteabschnitts notwendig sind. Vielmehr wird der Halteabschnitt dadurch gebildet, dass der aus der Leiterplatte herausragende dritte Vorsprung stirnseitig mittels Heißverstemmen entsprechend verformt wird und damit letztlich die Fixierung von Leiterplatte, Membran und Basiselement erfolgt.
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Wird das Heißverstemmen zum Ausbilden des Halteabschnitts verwendet, dann kann das erfindungsgemäße pneumatische Ventil auch ganz einfach und kostengünstig beispielsweise wie folgt hergestellt werden: Zunächst wird die Membran auf die Oberseite des Basiselements gelegt. Anschließend wird die Leiterplatte auf eine Oberseite der Membran gelegt. Nun wird bspw. mittels eines Stempels die Leiterplatte in Richtung hin zum Basiselement bewegt bzw. gedrückt. Dadurch kommt es zur Vorspannung bzw. Verspannung der Membran derart, dass die Membran dauerhaft fluiddicht am ersten Vorsprung anliegt. Bei Vorhandensein einer Vorspannkante bzw. eines Vorspannkantenbereichs im Übergangsbereich zur Ausnehmung der Leiterplatte kann die Vorspannkraft, die beim Andrücken auf die Membran ausgeübt wird, zudem leicht eingestellt werden. Schließlich werden die Komponenten Basiselement, Membran und Leiterplatte in ihrer Anordnung bzw. in ihrem Abstand zueinander mittels des Haltelements fixiert. Wenn das Haltelement als ein sich in Fügerichtung erstreckender dritte Vorsprung ausgebildet ist, dann kann das aus der Leiterplatte herausragende Kopfende des dritten Vorsprungs heißverstemmt werden, wodurch der Halteabschnitt gebildet wird, der letztlich die Oberseite der Leiterplatte kraftschlüssig zur Fixierung der Anordnung kontaktiert.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ventilanordnung für zumindest zwei Fluidblasen einer pneumatischen Verstellvorrichtung eines Fahrzeugsitzes geschaffen. Die Ventilanordnung umfasst ein erstes pneumatisches Ventil gemäß dem ersten Aspekt bzw. Ausgestaltungen davon, wobei das erste pneumatische Ventil einer der zumindest zwei Fluidblasen zugeordnet ist. Die Ventilanordnung umfasst ferner zumindest ein zweites pneumatisches Ventil gemäß dem ersten Aspekt bzw. Ausgestaltungen davon, wobei das zumindest zweite pneumatische Ventil einer anderen der zumindest zwei Fluidblasen zugeordnet ist. In der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist ferner der zweite Fluidkanal des ersten pneumatischen Ventils mit dem zweiten Fluidkanal des zumindest einen zweiten pneumatischen Ventils fluidmäßig verbunden und sind die Basiselemente der zumindest zwei pneumatischen Ventile als eine einstückige Basisplatte, die Membranen der zumindest zwei pneumatischen Ventile als ein einstückiges Membranelement und die Leiterplatten der zumindest zwei pneumatischen Ventile als ein einstückiges Leiterplattenelement ausgebildet.
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In der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist demnach ein einziges, einstückig ausgebildetes Membranelement über mehrere erste und zweite Vorsprünge einer einzigen, einstückig ausgebildeten Basisplatte angeordnet und ist eine einzige, einstückig ausgebildete Leiterplatte mit entsprechenden Ausnehmungen zur Aufnahme der jeweiligen ersten Vorsprünge auf dem einzigen, einstückig ausgebildeten Membranelement angeordnet. Durch die Verwendung von lediglich einer einzigen Basisplatte, einem einzigen Membranelement und einem einzigen Leiterplattenelement wird eine besonders kostengünstige und einfach herzustellende Ventilanordnung zur individuellen Ansteuerung mehrere Fluidblasen geschaffen. Zudem können die den jeweiligen Fluidblasen zugeordneten Betätigungselemente (Beispiele für Ventilaktuatoren) ohne zusätzliche Dichtmittel im Bereich des Ventilraums bzw. oberhalb der Leiterplatte angeordnet werden, da die Membran einen Kontakt der Betätigungselemente mit dem mit Druck beaufschlagten Fluid verhindert.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird schließlich eine Verstellvorrichtung zum Verstellen einer Kontur einer Sitzanlagefläche eines Fahrzeugsitzes geschaffen. Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung umfasst eine erste Fluidblase zum Verstellen der Kontur der Sitzanlagefläche, zumindest eine zweite Fluidblase zum weiteren Verstellen der Kontur der Sitzanlagefläche und eine Ventilanordnung gemäß dem zweiten Aspekt, wobei die zweiten Fluidkanäle der zumindest zwei pneumatischen Ventile mit einer Fluidquelle fluidmäßig verbindbar bzw. verbunden sind, der erste Fluidkanal des ersten pneumatischen Ventils mit der ersten Fluidblase fluidmäßig verbunden ist und der erste Fluidkanal des zumindest einen zweiten pneumatischen Ventils mit der zumindest einen zweiten Fluidblase fluidmäßig verbunden ist.
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Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils und
- 2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung und einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es sei zunächst auf 1 verwiesen, die eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines pneumatischen Ventils 10 zeigt. Das pneumatische Ventil 10 ist Teil einer pneumatischen Verstellvorrichtung 12 zum Verstellen einer Kontur 14 einer Sitzanlagefläche 16 eines Fahrzeugsitzes 18.
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Im konkreten Beispiel von 1 weist der Fahrzeugsitz 18 eine Fluidblase 20 auf. Durch Befüllen und/oder Entleeren der Fluidblase 20 kann die Kontur 14 des Fahrzeugsitzes 18 eingestellt bzw. verstellt werden. Der Fahrzeugsitz 18 weist hierfür eine Fluidquelle 22 auf, die fluidmäßig mit dem Ventil 10 verbunden ist und ein mit Druck beaufschlagtes Fluid zum Befüllen und/oder Entleeren der Fluidblase 20 bereitstellt.
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Das Ventil 10 weist ein Basiselement 24 auf, in dem sich zumindest teilweise ein erster Fluidkanal 26 erstreckt, der fluidmäßig mit der Fluidblase 20 verbunden ist, und in dem sich zumindest teilweise ein zweiter Fluidkanal 28 erstreckt, der fluidmäßig mit der Fluidquelle 22 verbunden ist. Das Basiselement 24 weist ferner einen sich von einer Oberseite 30 des Basiselements 24 in eine Fügerichtung 32 erstreckenden ersten Vorsprung 34 auf. Der erste Vorsprung ist im konkreten Beispiel von 1 als kreiszylindrischer Vorsprung ausgebildet, kann in anderen nicht gezeigten Ausführungsformen jedoch auch andere zweckmäßige Ausgestaltungen aufweisen. Der erste Vorsprung 34 weist ferner eine erste Öffnung 36 auf, die mit dem ersten Fluidkanal 26 und damit mit der Fluidblase 20 fluidmäßig verbunden ist.
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Das Basiselement 24 weist einen zweiten Vorsprung 38 auf, der sich ebenfalls von der Oberseite 30 des Basiselements 24 in Fügerichtung 32 erstreckt. Der zweite Vorsprung 38 ist zudem innerhalb bzw. im Inneren der ersten Öffnung 36 angeordnet. Mit anderen Worten umgibt der erste Vorsprung 34 in radialer Richtung den zweiten Vorsprung 38. Ebenso wie der erste Vorsprung 34 ist auch der zweite Vorsprung 38 im konkreten Beispiel von 1 als kreiszylindrischer Vorsprung ausgebildet. In anderen nicht gezeigten Ausführungsformen kann jedoch auch der zweite Vorsprung 38 andere zweckmäßige Ausgestaltungen aufweisen. Der zweite Vorsprung 38 weist eine zweite Öffnung 40 auf, die mit dem zweiten Fluidkanal 28 und damit mit der Fluidquelle 22 fluidmäßig verbunden ist.
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Das pneumatische Ventil 10 weist ferner eine auf der Oberseite 30 des Basiselements 24 angeordnete Membran 42 auf. Wie in 1 gut zu erkennen ist, überdeckt die Membran 42 sowohl den ersten Vorsprung 34 als auch den zweiten Vorsprung 38. Mit anderen Worten ist die Membran 42 über die beiden Vorsprünge 34 und 38 gelegt, sodass insbesondere die erste Öffnung 36 von der Membran 42 vollständig bedeckt ist.
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Das pneumatische Ventil 10 weist ferner eine Leiterplatte 44 auf, die sich auf einer Oberseite 46 der Membran 42 befindet bzw. auf der Oberseite 46 der Membran 42 angeordnet ist. Die Leiterplatte 44 weist im Bereich der ersten und zweiten Vorsprünge 34, 38 eine Ausnehmung 48 auf, die derart bemessen ist, dass sich der erste Vorsprung 34 insbesondere zusammen mit der über dem ersten Vorsprung 34 angeordneten Membran 42 in die Ausnehmung 48 hinein erstrecken kann. Mit anderen Worten ist die Ausnehmung 48 derart bemessen, dass die Ausnehmung 48 den ersten Vorsprung 34 zusammen mit der Membran 42 aufnehmen kann. Die Ausnehmung 48 ist bevorzugt derart bemessen, dass beim Aufsetzen der Leiterplatte 44 auf die Membran 42 eine leichte Presspassung zwischen einerseits der Leiterplatte 44 und andererseits der Membran 42 und dem ersten Vorsprung 34 besteht. Selbstverständlich ist diese leichte Presspassung derart, dass die Membran 42 beim Aufsetzen der Leiterplatte 44 nicht beschädigt, insbesondere fluidundicht, wird. Durch die entsprechende Ausformung der Ausnehmung 48 erfolgt beim Aufsetzen bzw. Auflegen der Leiterplatte 44 auf die Oberseite 48 der Membran 42 ein Verspannen bzw. Vorspannen der Membran 42 derart, dass die Membran 42 fluiddicht an dem ersten Vorsprung 34 anliegt. Mit der Bezeichnung „fluiddicht Anliegen“ ist gemeint, dass kein mit Druck beaufschlagtes Fluid aus der ersten Öffnung 36 heraustreten kann bzw. in einen Zwischenraum zwischen dem ersten Vorsprung 34 und der Membran 42 strömen kann. Das Aufsetzen bzw. Auflegen der Leiterplatte 44 auf die Membran 42 soll also verhindern, dass Fluid aus der ersten Öffnung 36 austreten kann.
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Wie ferner in 1 zu erkennen ist, weist die Leiterplatte 44 in einem Übergangsbereich 50 zur Ausnehmung 48 eine Vorspannkante 52 auf. Im konkreten Beispiel von 1 ist diese Vorspannkante 52 eine mit einem vorbestimmten Radius versehene umlaufende Kante. Die Vorspannkante 52 dient zur Anpassung einer auf die Membran 42 beim Aufsetzen der Leiterplatte 44 wirkenden Vorspannkraft. Durch die Vorspannkante 52 kann letztlich die Vorspannung bzw. Verspannung der Membran 42 auf einen vorbestimmten und an den jeweiligen Anwendungsfall angepassten Wert eingestellt werden. Selbstverständlich kann die Vorspannung auch durch andere Mittel beeinflusst werden. Letztlich sind die Ausnehmung 48, der erste Vorsprung 34 und unter Umständen auch die Vorspannkante 52 derart aufeinander abgestimmt, dass beim Aufsetzen der Leiterplatte 44 auf die Membran 42 eine entsprechende Verspannung bzw. Vorspannung der Membran 42 im Bereich des ersten Vorsprungs 34 erzeugt wird.
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Die Vorspannung bzw. Verspannung der Membran 42 ist ferner derart, dass die Membran 42 im Bereich des zweiten Vorsprungs 38 eine ausreichende Flexibilität aufweist, die es ermöglicht, dass die Membran 42 letztlich zwischen zwei Stellungen bewegbar ist, wie im Folgenden kurz skizziert wird, jedoch anschaulicher in Zusammenhang mit 2 gezeigt ist.
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Die Membran 42 kann nämlich im Bereich des zweiten Vorsprungs 38 zwischen einer ersten Stellung (die in 1 gezeigte Stellung), in der die Membran 42 nicht an dem zweiten Vorsprung 38 anliegt bzw. von dem zweiten Vorsprung 38 losgelöst ist, und einer zweiten Stellung (in 1 nicht gezeigt), in der die Membran 42 an dem zweiten Vorsprung 38 fluiddicht anliegt bzw. den zweiten Vorsprung 38 fluiddicht kontaktiert, betätigt bzw. bewegt werden. Wenn sich die Membran 42 in der ersten Stellung, also in der in 1 gezeigten Stellung befindet, und gerade nicht am zweiten Vorsprung 38 anliegt, dann besteht eine fluidmäßige Verbindung zwischen der zweiten Öffnung 40 und der ersten Öffnung 36 und damit eine fluidmäßige Verbindung zwischen dem zweiten Fluidkanal 28 und dem ersten Fluidkanal 26. In der ersten Stellung der Membran 42 kann somit ein mit Druck beaufschlagtes Fluid von der Fluidquelle 22 durch das pneumatische Ventil 10 in die Fluidblase 20 zum Befüllen der Fluidblase 20 strömen. Wenn sich die Membran 42 jedoch in der in 1 nicht gezeigten zweiten Stellung befindet, also gerade an dem zweiten Vorsprung 38 fluiddicht anliegt, dann ist eine fluidmäßige Verbindung zwischen der ersten Öffnung 36 und der zweiten Öffnung 40 unterbrochen, sodass kein Fluid von der Fluidquelle 22 in die Fluidblase 20 strömen kann. Mit anderen Worten kann in der zweiten Stellung der Membran 42 der Druck in der Fluidblase 20 gehalten werden. Auch ist es möglich, dass in der zweiten Stellung der Membran 42 ein in der Fluidblase 20 befindliches Fluid an die Umgebung mittels bspw. eines Entlüftkanals oder dergleichen abgegeben wird.
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Um nun die Dichtwirkung am zweiten Vorsprung 38 einzustellen bzw. zu optimieren ist es von Vorteil, wenn zunächst mal der erste Vorsprung 34 in Fügerichtung 32 über den zweiten Vorsprung 38 hinausragt, wie das in 1 gut zu erkennen ist. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der erste Vorsprung 34 und der zweite Vorsprung 38 koaxial bzw. konzentrisch zueinander angeordnet sind, da sich insbesondere in der zweiten Stellung der Membran 42 dann eine umfangsmäßig gleichbleibende Dichtkraft an dem zweiten Vorsprung 38 einstellt. Schließlich trägt auch eine zylindrische, insbesondere wie in 1 gezeigt kreiszylindrische, Ausgestaltung der Vorsprünge 34, 38 dazu bei, dass sich eine umfangsmäßig gleichbleibende Dichtkraft an dem ersten Vorsprung 34 und dem zweiten Vorsprung 38 (wenigstens in der zweiten Stellung der Membran 42) einstellt.
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Um nun die Anordnung aus Leiterplatte 44, Membran 42 und Basiselement 24 zu fixieren bzw. um die Leiterplatte 44, die Membran 42 und das Basiselement 24 in ihrem Abstand zueinander zu fixieren und dadurch die einmal eingestellte Vorspannung der Membran 42 beizubehalten (zu „konservieren“), weist das pneumatische Ventil 10 ein Halteelement 54 auf. Im einfachsten Fall kann das Haltelement 54 eine Klammer sein, die die Komponenten Leiterplatte 44, Membran 42 und Basiselement 24 fixiert.
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Im konkreten Beispiel von 1 ist das Halteelement 54 jedoch integral mit dem Basiselement 24 ausgebildet. Konkret ist das Halteelement 54 ein sich von der Oberseite 30 in Fügerichtung 32 erstreckender dritter Vorsprung 56, der sich durch eine in der Membran 42 und der Leiterplatte 44 jeweils angeordnete Öffnung 58, 60 erstreckt. Der dritte Vorsprung 56, der auch als Haltestift bezeichnet werden kann, weist einen Halteabschnitt 62 auf, der eine Oberseite 64 der Leiterplatte 44 derart kontaktiert, dass die Komponenten Leiterplatte 44, Membran 42 und Basiselement 24 in ihrem Abstand zueinander fixiert sind. Der Halteabschnitt 62 ist im konkreten Beispiel von 1 mittels Heißverstemmen des dritten Vorsprungs 56 gebildet worden. Selbstverständlich sind beliebige andere zweckmäßige Ausgestaltungen für das Halteelement 54 denkbar. Der Vorteil eines als Haltestifts bzw. dritten Vorsprungs 56 ausgebildeten Haltelements 54 ist zudem, dass durch das Durchtreten des dritten Vorsprungs 56 durch die Öffnungen 58, 60 in der Membran 42 bzw. der Leiterplatte 44 zudem eine Zentrierung der Membran 42 (und auch der Leiterplatte 44) auf dem Basiselement 24 erfolgt. Die Zentrierung verhindert ein Verrutschen der Membran (und unter Umständen auch der Leiterplatte 44), was wiederum fertigungstechnische Vorteile hat.
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Um nun die bereits angesprochene Bewegung der Membran 42 zwischen der ersten Stellung, bei der der erste Fluidkanal 26 mit dem zweiten Fluidkanal 28 fluidmäßig in Verbindung ist, und der zweiten Stellung, bei der eine fluidmäßige Verbindung zwischen den Fluidkanal 26 und 28 unterbrochen ist, zu ermöglichen, weist das pneumatische Ventil 10 ferner ein Betätigungselement 66 auf.
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Im konkreten Beispiel von 1 ist das Betätigungselement 66 ein Formgedächtnislegierungselement 68 bzw. als solches ausgebildet. In anderen nicht gezeigten Ausführungsformen kann das Betätigungselement aber auch ein beliebig anderes Betätigungselement sein, bspw. ein Piezoelement oder dergleichen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Betätigungselement 66, wie im Fall des Formgedächtnislegierungselements 68, ein elektrisches Betätigungselement ist, denn in diesem Fall kann die Leiterplatte 44 zur elektrischen Anbindung des Betätigungselements 66 verwendet werden.
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Im konkreten Beispiel von 1 ist das als Formgedächtnislegierungselement 68 ausgebildete Betätigungselement 66 einerseits über elektrische Kontaktebereiche 70 elektrisch an die Leiterplatte 44 angebunden. Andererseits ist ein erstes Ende 72 des Formgedächtnislegierungselements 68 mechanisch (beispielsweise mittels eines Crimp) an die Leiterplatte 44 angebunden. Ferner ist ein zweites Ende 74 des Formgedächtnislegierungselements 68 an ein betätigbares bzw. bewegbares Dichtelement bzw. Dichtpad 76 mechanisch gekoppelt. Auch befinden sich auf der Leiterplatte 44 elektrische Steuerelemente 78, wie beispielsweise ein Bipolar-Transistor oder ein MOSFET, zur Ansteuerung des Formgedächtnislegierungselements 68 bzw. des Betätigungselements 66.
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Im Folgenden wird nun kurz die Betätigung der Membran 42 zwischen der ersten und zweiten Stellung beschrieben.
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Bei Verwendung eines Formgedächtnislegierungselements 68 als Beispiel für ein Betätigungselement 66 besteht das Formgedächtnislegierungselement üblicherweise aus einer binären oder ternären NiTi-Basis-Legierung, die bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie ihre Form, insbesondere ihre Länge ändert. Diese Längenänderung kann genutzt werden, um letztlich die Membran 42 zwischen der ersten und zweiten Stellung zu bewegen. Wenn beispielsweise das Formgedächtnislegierungselement 68 mit elektrischer Energie, insbesondere mit elektrischer Spannung bzw. mit elektrischem Strom beaufschlagt wird, dann verringert sich die Länge des Formgedächtnislegierungselements 68, wodurch sich das Dichtelement 76 entgegen einer von einem Rückstellelement 80 aufgebrachten Rückstellkraft nach oben bzw. in Fügerichtung 32 bewegt. Durch diese Bewegung kann die Membran 42 bspw. aufgrund ihrer Eigenspannung bzw. ihrer Vorspannung vom zweiten Vorsprung 38 abheben, sodass die Membran 42 ihre erste Stellung einnimmt, in der die erste Öffnung 36 und die zweite Öffnung 40 fluidmäßig miteinander verbunden sind und die Fluidblase 20 beispielsweise mittels eines von der Fluidquelle 22 bereitgestellten Fluids befüllt werden kann.
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Um nun die Membran 42 von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen, muss letztlich nur die Beaufschlagung der elektrischen Energie für das Formgedächtnislegierungselement 68 beendet werden. Dadurch kommt es zur Abkühlung des Formgedächtnislegierungselements 68, wodurch das Formgedächtnislegierungselement 68 wieder seine ursprüngliche Länge einnimmt. Aufgrund der von dem Rückstellelement 80 aufgebrachten Rückstellkraft auf das Dichtelement 76 drückt nun das Dichtelement 76 die Membran 42 in Richtung hin zum zweiten Vorsprung 38, bis die Membran 42 schließlich ihre zweite Stellung einnimmt, in der die Membran 42 fluiddicht an dem zweiten Vorsprung 38 anliegt und eine fluidmäßigen Verbindung zwischen den Fluidkanälen 26 und 28 unterbrochen wird.
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Diese mittels eines Formgedächtnislegierungselements 68 beschriebene Mechanik ermöglicht somit ein selektives bzw. gesteuertes fluidmäßiges Befüllen der Fluidblase 20 mit einem von der Fluidquelle 22 bereitgestellten Fluid. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass in einer anderen nicht gezeigten Ausführungsformen das pneumatische Ventil 10 zum selektiven bzw. gesteuerten fluidmäßigen Entlüften der Fluidblase 20 verwendet wird. In diesem Fall würde letztlich die in 1 gezeigte Strömungsrichtung des Fluids umgekehrt werden und würde das Fluid gesteuert von der Fluidblase 20 über den ersten Fluidkanal 26 und den zweiten Fluidkanal 28 beispielsweise in die Umgebung des Ventils 10 abgegeben werden. Beliebig andere zweckmäßige Verschaltungen zwischen dem Ventil 10, der Fluidblase 20 und gegebenenfalls der Fluidquelle 22 sind ebenfalls denkbar.
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Im Übrigen ist in 1 noch ein Endlagenkontakt 81 gezeigt, der bei der zweiten Stellung der Membran 42 einen Stromkreis schließt und so die zweite Stellung der Membran 42 kennzeichnet. Der Endlagekontakt 81 kann selbstverständlich auch in umgekehrter Richtung „arbeiten“, sodass bspw. die erste Stellung angezeigt wird. Hierfür müsste lediglich in der ersten Stellung der Membran 42 ein Stromkreis geschlossen werden und in der zweiten Stellung der Membran 42 der Stromkreis geöffnet werden.
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Es sei nun auf 2 verwiesen, die eine weitere Verstellvorrichtung 82 zur pneumatischen Verstellung einer Kontur 84 einer Sitzanlagefläche 86 eines Fahrzeugsitzes 88 zeigt. Im Gegensatz zum Fahrzeugsitz 18 von 1 weist der Fahrzeugsitz 88 von 2 eine erste Fluidblase 90 zum Verstellen der Kontur 84 und eine zweite Fluidblase 92 zum weiteren Verstellen der Kontur 84 auf. Wie bei der Verstellvorrichtung 12 von 1 weist auch die Verstellvorrichtung 82 von 2 eine Fluidquelle 22 auf, die ein Arbeitsmittel bzw. ein mit Druck beaufschlagtes Fluid zur Verfügung stellt.
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Die Verstellvorrichtung 82 umfasst eine Ventilanordnung 94, die ein erstes Ventil 96 und ein zweites Ventil 98 aufweist. Die Ventile 96 und 98 sind dabei funktionsmäßig baugleich mit dem Ventil 10, das in Zusammenhang mit 1 erläutert wurde. Zur besseren Übersichtlichkeit sind die Betätigungselemente der jeweiligen Ventile 96 und 98 in 2 nur schematisch mittels der Komponenten 100, 102 angedeutet.
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Die Ventilanordnung 94 zeichnet sich dadurch aus, dass die jeweiligen Basiselemente der Ventile 96 und 98 als gemeinsame, einstückige Basisplatte 102, die jeweiligen Membranen der Ventile 96 und 98 als gemeinsames, einstückiges Membranelement 104 und die jeweiligen Leiterplatten der Ventile 96 und 98 als gemeinsames, einstückiges Leiterplattenelement 106 ausgebildet sind. Durch die Verwendung einer einzigen, einstückigen Basisplatte 102, einem einzigen, einstückigen Membranelement 104 und einem einzigen, einstückigen Leiterplattenelement 106 kann die Ventilanordnung 94 einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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Wie insbesondere in 2 gut zu erkennen ist, sind sowohl der erste Vorsprung 108 und der zweite Vorsprung 110 des ersten Ventils 96 als auch der erste Vorsprung 112 und der zweite Vorsprung 114 des zweiten Ventils 98 in der Basisplatte 102 ausgebildet. Ferner sind der erste Fluidkanal 116 des ersten Ventils 96, der erste Fluidkanal 118 des zweiten Ventils 98 sowie der zweite Fluidkanal 120 des ersten Ventils 96 und der zweite Fluidkanal 122 des zweiten Ventils 98 allesamt in der Basisplatte 102 angeordnet bzw. erstrecken sich in dieser. Wie ferner in 2 zu erkennen ist, sind der zweite Fluidkanal 120 des ersten Ventils 96 und der zweite Fluidkanal 122 des zweiten Ventils 98 fluidmäßig miteinander verbunden und ist die bereits angesprochene Fluidquelle 22 fluidmäßig mit den zweiten Fluidkanälen 120, 122 verbunden. Die fluidmäßige Verbindung der zweiten Fluidkanal 120 und 122 führt somit zu einem gemeinsamen Versorgungs- oder Vordruckkanal 124, der die jeweiligen Ventile 96, 98 mit dem mit Druck beaufschlagten Fluid als Arbeitsmedium versorgt. Ferner ist der erste Fluidkanal 116 des ersten Ventils 96 mit der ersten Fluidblase 90 fluidmäßig verbunden und ist der erste Fluidkanal 118 des zweiten Ventils 98 mit der zweiten Fluidblase 92 fluidmäßig verbunden.
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Der Aufbau der Ventilanordnung 94 ist vergleichbar mit dem Aufbau des Ventils 10. Das heißt: Das gemeinsame Membranelement 104 ist auf einer Oberseite 126 der Basisplatte 102 angeordnet und bedeckt die ersten und zweiten Vorsprünge 108, 110 des ersten Ventils 96 sowie die ersten und zweiten Vorsprünge 112, 114 des zweiten Ventils 98. Die Bedeckung ist insbesondere derart, dass das von der Fluidquelle 22 zur Verfügung gestellte Fluid weder durch die erste Öffnung 128 des ersten Vorsprungs 108 des ersten Ventils 96 noch durch die erste Öffnung 130 des ersten Vorsprungs 112 des zweiten Ventils 98 hindurchtreten kann. Das Leiterplattenelement 106 ist ferner auf einer Oberseite 132 des Membranelements 104 angeordnet und mittels eines oder mehrerer nicht gezeigter Halteelemente derart fixiert, dass das Membranelement 104 dauerhaft fluiddicht an dem ersten Vorsprung 108 des ersten Ventils 96 und dem ersten Vorsprung 112 des zweiten Ventils 98 anliegt. Gleichzeitig kann das gemeinsame Membranelement 104 im Bereich des ersten Ventils 96 und im Bereich des zweiten Ventils 98 zwischen den beiden Stellungen, die bereits in Zusammenhang mit dem pneumatischen Ventil 10 von 1 ausführlich erläutert wurden, mittels der Komponenten 100, 102 bewegt bzw. betätigt werden.
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Durch die bereits angesprochene fluidmäßige Verbindung der zweiten Fluidkanäle 120, 122 mit der Fluidquelle 22, des ersten Fluidkanals 116 mit der ersten Fluidblase 90 und des ersten Fluidkanals 118 mit der zweiten Fluidblase 92 können die beiden Fluidblase 90, 92 wahlweise bzw. selektiv und gesteuert befüllt werden, wie im Folgenden erläutert wird.
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Im konkreten Beispiel von 2 ist das gemeinsame Membranelement 104 im Bereich des ersten Ventils 96 in der zweiten Stellung und im Bereich des zweiten Ventils 98 in der ersten Stellung gezeigt. Da sich das Membranelement 104 im Bereich des zweiten Ventils 98 in der ersten Stellung befindet, ist die zweite Öffnung 134 des zweiten Vorsprungs 114 fluidmäßig mit der ersten Öffnung 130 des ersten Vorsprungs 112 verbunden. Dadurch ist der zweite Fluidkanal 122 mit dem ersten Fluidkanal 118 fluidmäßig verbunden, sodass ein von der Fluidquelle 22 zur Verfügung gestelltes Fluid in die zweite Fluidblase 92 zum Befüllen derselben strömen kann.
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Im Bereich des ersten Ventils 96 befindet sich das Membranelement 104 hingegen in der zweiten Stellung, sodass eine fluidmäßige Verbindung zwischen der zweiten Öffnung 136 des zweiten Vorsprungs 110 und der ersten Öffnung 128 des ersten Vorsprungs 108 unterbrochen ist. Durch die fluidmäßige Trennung zwischen der zweiten Öffnung 136 und der ersten Öffnung 128 kann kein Fluid von der Fluidquelle 22 in die erste Fluidblase 90 strömen. Der in der ersten Fluidblase 90 vorhandene Druck kann somit gehalten werden oder die erste Fluidblase 90 kann entleert bzw. entlüftet werden.
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Obwohl die Ventilanordnung 94 von 2 ein wahlweises und gesteuertes Befüllen zweier Fluidblase 90, 92 mittels eines gemeinsamen Vordruckkanals 124 zeigt, ist es selbstverständlich auch möglich, die Ventilanordnung 94 beispielsweise derart zu verschalten bzw. zu betreiben, dass beispielsweise die Fluidblasen 90, 92 wahlweise und gesteuert belüftet bzw. entleert werden können. Hierzu müsste lediglich der gemeinsame Vordruckkanal 24 anstatt mit der Fluidquelle 22 mit der Umgebung der Ventilanordnung 94 verbunden werden. Dann würde die in 2 dargestellte Strömungsrichtung umgekehrt werden und die Fluidblasen 90, 92 könnten mittels der Ventile 96, 98 wahlweise und gesteuert entlüftet bzw. entleert werden.
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Auch ist es denkbar, dass die zweiten Fluidkanäle 120, 122 fluidmäßig nicht miteinander verbunden sind, sondern stattdessen beispielsweise der zweite Fluidkanal 120 mit der ersten Fluidblase 90 und der zweite Fluidkanal 122 mit der zweiten Fluidblase 92 fluidmäßig verbunden ist, sowie die beiden ersten Fluidkanäle 116, 118 fluidmäßig miteinander verbunden sind. Wenn in einer solchen Ventilanordnung die fluidmäßig miteinander verbundenen ersten Fluidkanäle 116, 118 zudem mit der Fluidquelle 22 fluidmäßig verbunden sind, dann hätten die ersten Fluidkanäle 116, 118 die Funktion eines gemeinsamen Vordruck- bzw. Versorgungskanals und könnte die Fluidblasen 90, 92 wiederum wahlweise und gesteuert mittels der Ventile 96 und 98 befüllt werden. In diesem Fall würde sich die in 2 gezeigt Strömungsrichtung umkehren.
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Vielfältige weitere zweckmäßige Verschaltungen der jeweiligen ersten und zweiten Fluidkanäle sind denkbar und lassen sich je nach Anwendungsfall leicht realisieren.
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Obwohl in Zusammenhang mit 2 lediglich zwei Fluidblasen 90, 92 wahlweise ansteuerbar sind, ist es selbst verständlich auch möglich, die vorliegende Ventilanordnung 94 derart umzugestalten, dass mehr als zwei Fluidblasen getrennt voneinander ansteuerbar sind. Hierfür müssten lediglich die Basisplatte 102 und das Leiterplattenelement 106 entsprechend angepasst werden.
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Die Ventilanordnung 94 und deren zweckmäßige Abwandlungen haben den Vorteil, dass mehrere Fluidblasen unabhängig voneinander angesteuert werden können und letztlich nur eine einzige Basisplatte 102, ein einziges Membranelement 104 und ein einziges Leiterplattenelement 106 verwendet werden müssen. Da das Membranelement 104 zudem eine fluidmäßige Trennung zwischen einem mit Fluid beaufschlagten Ventilraum und einem die Betätigungselemente aufnehmenden Ventilraum erzeugt, müssen keine besonderen Anforderungen an die fluiddichte Anordnung der Betätigungselement der (schematisch angedeutet durch die Komponenten 100, 102) der jeweiligen Ventile gestellt werden.
