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Die Erfindung betrifft ein elektrisch betätigtes Ventil, mit einem Ventilgehäuse und mindestens einem diesbezüglich zum wahlweisen Verschließen oder Öffnen eines zu steuernden Ventilkanals beweglichen Steuerglied, wobei an dem Steuerglied mindestens ein aus einer Formgedächtnislegierung bestehender Aktuatordraht einer Aktuatoreinrichtung des Ventils angreift, der im Rahmen eines Aktivierungsvorganges durch Anlegen einer Betätigungsspannung bestrombar ist, sodass eine aus der Bestromung resultierende Erwärmung des Aktuatordrahtes eine sich in einer Verkürzung des Aktuatordrahtes äußernde und eine erste Steuerbewegung des Steuergliedes hervorrufende axiale Verformung des Aktuatordrahtes zur Folge hat, wobei die axiale Verformung des Aktuatordrahtes zum Hervorrufen einer der ersten Steuerbewegung entgegengesetzten zweiten Steuerbewegung des Steuergliedes im Rahmen eines Deaktivierungsvorganges durch Wegnahme oder Reduzierung der Betätigungsspannung zumindest teilweise wieder rückgängig gemacht werden kann. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Ventils.
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Ein aus der
DE 10 2016 219 346 B4 bekanntes Ventil dieser Art verfügt über ein Steuerglied, das zum Verschließen oder Öffnen eines in einem Ventilgehäuse ausgebildeten Ventilkanals relativ zu dem Ventilgehäuse verschwenkbar ist. Ausgehend von einer den Ventilkanal verschließenden Grundstellung kann das Steuerglied zu einer den Ventilkanal öffnenden ersten Steuerbewegung angetrieben werden. Ausgehend von der Offenstellung kann zum neuerlichen Schließen des Ventilkanals eine der ersten Steuerbewegung entgegengesetzte zweite Steuerbewegung des Steuergliedes hervorgerufen werden. Die Steuerbewegungen sind mittels einer Aktuatoreinrichtung erzeugbar, die mehrere einerseits am Steuerglied und andererseits am Ventilgehäuse befestigte, aus einer Formgedächtnislegierung bestehende Aktuatordrähte enthält. Eine Bestromung der Aktuatordrähte ruft eine plastische Längenkontraktion hervor, aus der die erste Steuerbewegung resultiert. Die Längenkontraktion der Aktuatordrähte kann zur Ermöglichung der zweiten Steuerbewegung durch Wegnahme oder Reduzierung der Betätigungsspannung zumindest teilweise wieder rückgängig gemacht werden. Das bekannte Ventil ist zwar kostengünstig herstellbar, erweist sich jedoch insbesondere beim Deaktivierungsvorgang als relativ träge, sodass es sich für Anwendungen, die ein schnell schaltendes Ventil erfordern, nur bedingt eignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die das Schaltverhalten des Ventils verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem elektrisch betätigten Ventil in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass der mindestens eine Aktuatordraht in einer Magnetfeldzone in quer zu seiner Längsrichtung beweglicher Weise durch ein von einer Magneteinrichtung des Ventils erzeugtes Magnetfeld hindurchgeführt ist, dessen magnetische Feldlinien quer zur Längsrichtung des Aktuatordrahtes verlaufen, sodass durch den Aktivierungsvorgang und den anschließenden Deaktivierungsvorgang eine Querauslenkung des Aktuatordrahtes hervorrufbar ist.
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Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Betreiben des Ventils gelöst, bei dem der Deaktivierungsvorgang derart schnell ausgeführt wird, dass eine Schwingbewegung des mindestens einen Aktuatordrahtes quer zur Längsrichtung des Aktuatordrahtes hervorgerufen wird. Es erfolgt dabei insbesondere eine schlagartige Wegnahme oder Reduzierung der Betätigungsspannung.
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Die in das Ventil integrierte Magneteinrichtung bewirkt bei dem auf einer Bestromung basierenden Aktivierungsvorgang aufgrund der dabei erzeugten Lorentzkraft eine Querauslenkung des mindestens einen Aktuatordrahtes relativ zum Ventilgehäuse. Bei einem sich anschließenden Deaktivierungsvorgang fällt die Wirkung der Lorentzkraft ganz oder teilweise wieder weg, sodass sich der Aktuatordraht aufgrund der internen Drahtspannung wieder in Richtung seiner unausgelenkten Ausgangsstellung zurückbewegt. Hierbei gerät der betreffende Aktuatordraht in Schwingung, wobei die Schwingung umso intensiver ist, je schneller und je weiter die Betätigungsspannung beim Deaktivierungsvorgang wieder weggenommen wird. Besonders ausgeprägt ist das Schwingungsverhalten, wenn die Betätigungsspannung beim Deaktivierungsvorgang schlagartig abgeschaltet oder reduziert wird. Der Schwingungsvorgang äußert sich insbesondere in einer abklingenden Schwingbewegung gemäß der Resonanzfrequenz (erste Grundschwingung) des Aktuatordrahtes. Durch die Schwingbewegung des Aktuatordrahtes wird eine bessere Wärmeabgabe an die den Aktuatordraht umgebende Umgebungsluft verursacht, sodass der Aktuatordraht schneller abkühlt und die bei der Bestromung hervorgerufene axiale Verkürzung erheblich schneller rückgängig gemacht wird als ohne diese erzwungene konvektive Abkühlungsmaßnahme. Als Folge ergibt sich eine schnellere Ausführung der zweiten Steuerbewegung des Steuergliedes, sodass das Ventil insgesamt ein schnelleres Schaltverhalten hat und sich Anwendungsbereiche eröffnen, die bisher nicht zugänglich waren. Um beim Aktivieren und Deaktivieren eine besonders starke Querauslenkung des Aktuatordrahtes hervorzurufen, ist die Magneteinrichtung insbesondere so ausgebildet, dass die magnetischen Feldlinien des Magnetfeldes rechtwinkelig zur Längsrichtung des Aktuatordrahtes verlaufen. Dies führt bei der Deaktivierung zu besonders hohen Schwingungsamplituden, die sich vorteilhaft auf den Abkühlvorgang auswirken. Als Formgedächtnislegierung wird beispielsweise eine Nickel-Titan-Legierung verwendet. Bevorzugt kommt jedenfalls eine nichtmagnetische Legierung zur Anwendung, sodass bei nicht vorhandener Bestromung des Aktuatordrahtes keine eventuell störende Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der Magneteinrichtung auftritt. Die Aktuatoreinrichtung kann über nur einen einzigen Aktuatordraht oder auch über mehrere kräftemäßig parallel wirkende Aktuatordrähte verfügen. Mit mehreren Aktuatordrähten lässt sich eine höhere Antriebskraft auf das Steuerglied ausüben, was den steuerbaren Druckbereich erweitert. Das Steuerglied kann unmittelbar als Ventilglied fungieren oder aber als ein Antriebsglied, das mit einem zusätzlichen Ventilglied zusammenwirkt. Letztes insbesondere im Zusammenhang mit einem Medienventil, bei dem das zu steuernde Fluid durch ein membranartiges Ventilglied von der Aktuatoreinrichtung abgetrennt ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Prinzipiell kann es sich bei der Magneteinrichtung um eine Elektromagneteinrichtung handeln. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausgestaltung als Permanentmagneteinrichtung, die zur Erzeugung des Magnetfeldes keiner Energiezufuhr bedarf. Auch erübrigen sich in diesem Fall elektrische Zuleitungen und der Aufbau des Ventils insgesamt lässt sich sehr kostengünstig realisieren.
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Ein besonders günstiger Aufbau der Permanentmagneteinrichtung enthält zwei sich in einem Abstand gegenüberliegende Permanentmagnetelemente, die gemeinsam einen Durchtrittsspalt begrenzen, der von dem mindestens einen Aktuatordraht durchsetzt ist. Im Bereich des Durchtrittsspaltes liegen sich einander entgegengesetzt polarisierte Polflächen der beiden Permanentmagnetelemente gegenüber, aus denen ein den Durchtrittsspalt durchsetzendes Magnetfeld resultiert. Zweckmäßigerweise sind die beiden Permanentmagnetelemente plattenförmig oder klotzförmig ausgebildet, sodass sie besonders kostengünstig herstellbar sind und sich platzsparend in das Ventilgehäuse integrieren lassen.
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Die Permanentmagneteinrichtung enthält zweckmäßigerweise einen am Ventilgehäuse fixierten unmagnetischen Magnethalter, der insbesondere aus Kunststoff besteht und an dem die beiden Permanentmagnetelemente in dem zur Bildung des Durchtrittsspaltes gewünschten Abstand zueinander gehalten sind. Zur Fixierung am Ventilgehäuse kann der Magnethalter beispielsweise angeclipst oder einstückig an das Ventilgehäuse angeformt sein. Zur Vorgabe des Abstandes zwischen der Permanentmagnetelementen verfügt der Magnethalter zweckmäßigerweise über einen sich zwischen den beiden Permanentmagnetelementen erstreckenden Abstandshalterabschnitt, an dem die beiden Permanentmagnetelemente zweckmäßigerweise anliegen. Der Abstandshalterabschnitt hat Abmessungen, die eine Spalthöhe des Durchtrittsspaltes vorgeben, die größer ist als der Durchmesser des den Durchtrittsspalt durchsetzenden mindestens einen Aktuatordrahtes, sodass dessen Querbeweglichkeit nicht beeinträchtigt ist.
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Der Abstandshalterabschnitt des Magnethalters ist insbesondere plattenförmig strukturiert, sodass er bezüglich der beiden Permanentmagnetelemente eine großflächige Abstützfunktion erfüllen kann. Durch den Abstandshalterabschnitt hindurch erstreckt sich mindestens ein Durchtrittskanal, der von einem Aktuatordraht durchsetzt ist. Sofern mehrere Aktuatordrähte vorhanden sind, hat der Abstandshalterabschnitt zweckmäßigerweise eine der Anzahl der Aktuatordrähte entsprechende Mehrzahl von zueinander beabstandeten Durchtrittskanälen, die jeweils nur von einem einzigen Aktuatordraht durchsetzt sind. Letzteres bewirkt eine mechanische Abschirmung der benachbarten Aktuatordrähte und verhindert selbst bei eng benachbarter Platzierung mehrerer Aktuatordrähte eine gegenseitige Berührung bei der Querauslenkung.
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Jeder Aktuatordraht hat zweckmäßigerweise einen ersten Endabschnitt, mit dem er an einem Krafteinleitungsabschnitt eines Steuergliedes angreift, um eine die erste Steuerbewegung hervorrufende Betätigungskraft auf das Steuerglied übertragen zu können. Der Aktuatordraht hat ferner einen zu dem ersten Endabschnitt beabstandeten zweiten Endabschnitt, mit dem er über eine Befestigungsstruktur am Ventilgehäuse fixiert ist. Die beiden Endabschnitte des Aktuatordrahtes können genutzt werden, um die Betätigungsspannung anzulegen, bei der es sich insbesondere um eine Gleichspannung handelt.
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An ein und demselben Steuerglied können gleichzeitig mehrere Aktuatordrähte in kräftemäßiger Parallelschaltung angreifen. Als besonders zweckmäßig hat sich die Verwendung von genau zwei an ein und demselben Steuerglied angreifenden Aktuatordrähten erwiesen.
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Mehrere an ein und demselben Steuerglied angreifende Aktuatordrähte können prinzipiell als individuelle Drähte ausgeführt sein. Die mehreren Aktuatordrähte können dann in beliebig aufeinander abgestimmter Weise einzeln oder gemeinsam aktiviert und deaktiviert werden.
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Als besonders zweckmäßig wird eine Bauform angesehen, bei der mindestens zwei Aktuatordrähte von aufeinanderfolgenden Längenabschnitten eines aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden einstückigen Drahtstranges gebildet sind. Hier besteht die vorteilhafte Möglichkeit, mehrere Aktuatordrähte einheitlich zu bestromen. Insbesondere kann der einstückige Drahtstrang so gestaltet sein, dass für das Anlegen der Betätigungsspannung vorgesehene Drahtabschnitte an gut zugänglicher Stelle und insbesondere beabstandet zu dem zu betätigenden Steuerglied platziert werden.
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Bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung eines einstückigen Drahtstranges ist dieser einstückige Drahtstrang so gebogen, dass er eine U-förmige oder V-förmige Strangstruktur aufweist, die zwei durch einen Verbindungsabschnitt miteinander verbundene Schenkelabschnitte hat, die jeweils einen von zwei Aktuatordrähten bilden. Der Verbindungsabschnitt greift an dem Steuerglied an, um die Betätigungskraft zu übertragen. Mit den den Verbindungsabschnitten entgegengesetzten Endbereichen sind beide Schenkelabschnitt am Ventilgehäuse befestigt. Diese beiden Endbereiche werden zweckmäßigerweise zur Einspeisung der Betätigungsspannung genutzt. Der Angriff des Verbindungsabschnittes am zugeordneten Steuerglied kann kostengünstig dadurch realisiert werden, dass er um einen Fortsatz des Steuergliedes herumgeschlungen ist.
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Bei einer möglichen Ausgestaltung verfügt das Ventil über nur ein einziges bewegliches Steuerglied. Dadurch lässt sich abhängig von der Anzahl der vorhandenen Ventilkanäle beispielsweise eine 2/2-Ventilfunktion oder eine 3/2-Ventilfunktion verwirklichen. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung verfügt das Ventil über zwei unabhängig voneinander bewegbare, jeweils einem eigenen zu steuernden Ventilkanal zugeordnete Steuerglieder, an denen jeweils mindestens ein aus einer Formgedächtnislegierung bestehender Aktuatordraht angreift. Dies gestattet die Realisierung eines Ventils mit einer höheren Funktionalität, beispielsweise ein Ventil mit einer 3/3-Wege-Funktionalität.
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Bei einem über zwei Steuerglieder verfügenden Ventil kann ein einziger einstückiger Drahtstrang vorhanden sein, der sämtliche den beiden Steuergliedern zugeordnete Aktuatordrähte bildet. Insbesondere weist dieser einstückige Drahtstrang zwei nebeneinander angeordnete, U-förmig oder V-förmig gebogene Strangstrukturen auf, die jeweils zwei Aktuatordrähte bilden und die an den Endbereichen zweier Schenkelabschnitte durch einen Übergangsabschnitt des Drahtstranges einstückig miteinander verbunden sind. Ein Schenkelabschnitt der jeweils einen Strangstruktur ist also durch einen Übergangsabschnitt des Drahtstranges mit einem Schenkelabschnitt der anderen Strangstruktur einstückig verbunden. Die daraus resultierende Gesamtstruktur ist insbesondere W-förmig gestaltet. Mit den Verbindungsabschnitten der beiden Strangstrukturen greift der Drahtstrang an jeweils einem der beiden Steuerglieder an, und darüber hinaus ist der Drahtstrang sowohl mit dem Übergangsabschnitt als auch mit den Endbereichen der nicht zu dem Übergangsabschnitt führenden Schenkelabschnitte der beiden Strangstrukturen am Ventilgehäuse befestigt.
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Bei dieser Ausgestaltung lassen sich beide Steuerglieder gleichzeitig betätigen, wenn eine Betätigungsspannung nur an den Endbereichen der nicht direkt mit dem Übergangsabschnitt verbundenen Schenkelabschnitte der Strangstrukturen eingespeist wird. Bevorzugt ist die Aktuatoreinrichtung allerdings so ausgeführt, dass die beiden Strangstrukturen unabhängig voneinander aktivierbar und deaktivierbar sind, um die beiden Steuerglieder unabhängig voneinander bewegen zu können, wobei die Betätigungsspannung für jede Strangstruktur einerseits an dem Übergangsabschnitt und andererseits am freien Endbereich des nicht zum Übergangsabschnitt führenden anderen Schenkelabschnittes eingespeist wird.
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Jeder Aktuatordraht ist vorzugsweise so in das Ventil integriert, dass er bereits im unbestromten Zustand mechanisch axial vorgespannt ist. Dies begünstigt die Schwingungserzeugung bei der elektrischen Deaktivierung.
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Bevorzugt ist jedes Steuerglied durch eine Federkraft in eine Grundstellung vorgespannt, wobei diese Federkraft der bei Erwärmung auftretenden Verformungskraft des am gleichen Steuerglied angreifenden Aktuatordrahtes entgegengesetzt ist. Die Federkraft ist durch die bei der Bestromung des mindestens einen Aktuatordrahtes hervorrufbare Verformungskraft überwindbar, um die erste Steuerbewegung des Steuergliedes zu erzeugen. Bei anschließender Deaktivierung wird das Steuerglied durch die Federkraft wieder in die Grundstellung zurückbewegt, wobei gleichzeitig der Aktuatordraht längs gedehnt und in seine Ausgangsstellung zurückverformt wird.
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Zur Erzeugung der Federkraft ist zweckmäßigerweise eine zwischen dem jeweiligen Steuerglied und dem Ventilgehäuse wirkende mechanische Federeinrichtung vorhanden. Die Federeinrichtung kann platzsparend in das Ventilgehäuse integriert sein.
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Um einen die Abkühlung begünstigenden Luftaustausch mit der Umgebungsluft außerhalb des Ventils zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn eine die Magneteinrichtung begrenzende Gehäusewand des Ventilgehäuses von Lüftungsöffnungen durchsetzt ist. Es kann sich hier beispielsweise um Lüftungsschlitze handeln.
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Das Ventil kann für unterschiedliche Arten von Steuerbewegungen des mindestens einen Steuergliedes ausgelegt sein. Beispielsweise kann es sich um lineare Steuerbewegungen handeln. Als besonders vorteilhaft wird eine Bauform angesehen, bei der die Steuerbewegungen Schwenkbewegungen sind, wobei das zugeordnete Steuerglied in dem Ventilgehäuse diesbezüglich verschwenkbar aufgenommen ist.
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Zweckmäßigerweise enthält die Aktuatoreinrichtung eine mit dem mindestens einen Aktuatordraht kontaktierte elektrische Schnittstelleneinrichtung, durch die die Einspeisung der Betätigungsspannung möglich ist. Über diese elektrische Schnittstelleneinrichtung ist das Ventil an eine elektronische Steuereinrichtung anschließbar, durch die die Aktivierung und Deaktivierung des mindestens einen Aktuatordrahtes steuerbar ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils in einer Schnittebene entsprechend Schnittlinie I-I aus 4,
- 2 das Ventil gemäß 1 in einer Draufsicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1,
- 3 eine Einzeldarstellung relevanter Komponenten der in dem Ventil der 1 und 2 enthaltenen Aktuatoreinrichtung, nämlich ein mehrere Aktuatordrähte definierender Drahtstrang sowie die mit den Aktuatordrähten zusammenwirkende Magneteinrichtung,
- 4 einen Querschnitt des Ventils gemäß Schnittlinie IV-IV aus 2 im Bereich der Magneteinrichtung,
- 5 einen Längsschnitt des Ventils im Bereich der Magneteinrichtung gemäß Schnittlinie V-V aus 4,
- 6 eine Prinzipdarstellung funktionsrelevanter Komponenten des erfindungsgemäßen Ventils, wobei in der linken Bildhälfte ein deaktivierter und in der rechten Bildhälfte ein aktivierter Betriebszustand gezeigt ist, und
- 7 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie VII-VII aus 6, wobei zwei Aktuatordrähte gestrichelt im deaktivierten, unausgelenkten Ausgangszustand und in durchgezogenen Linien im aktivierten, ausgelenkten Zustand illustriert sind.
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Das insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ventil ist elektrisch betätigbar und hat zweckmäßigerweise eine elektrische Schnittstelleneinrichtung 2, an der eine zur Betätigung geeignete elektrische Betätigungsspannung angelegt beziehungsweise eingespeist werden kann. Zur Bereitstellung der Betätigungsspannung ist eine Spannungsquelle 3 vorhanden, die beispielhaft mit einer elektronischen Steuereinrichtung 4 kombiniert ist, die über eine elektromechanische Anschlusseinrichtung 5 in bevorzugt lösbarer Weise an die Schnittstelleneinrichtung 2 angeschlossen ist. Die elektronische Steuereinrichtung 4 ermöglicht ein wahlweises Anlegen und Wegnehmen einer Betätigungsspannung, wobei sie zweckmäßigerweise auch in der Lage ist, eine Betätigungsspannung in variabler Höhe bereitzustellen.
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Ein Vorgang, bei dem eine Betätigungsspannung angelegt wird, wird im Folgenden als Aktivierungsvorgang bezeichnet und ein daraus resultierender Betriebszustand als aktivierter Zustand. Ein Wegnehmen oder Reduzieren der Betätigungsspannung ausgehend von dem aktivierten Zustand wird im Folgenden als Deaktivierungsvorgang bezeichnet und ein daraus resultierender spannungsloser Betriebszustand als deaktivierter Zustand.
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Das Ventil 1 verfügt über ein Ventilgehäuse 6, das insbesondere aus einem Kunststoffmaterial besteht. Das Ventilgehäuse 6 hat eine strichpunktiert angedeutete Längsachse 7, wobei die Schnittstelleneinrichtung 2 bevorzugt im Bereich einer in der Achsrichtung der Längsachse 7 orientierten Rückseite 8 des Ventilgehäuses 6 angebracht ist.
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Das Ventilgehäuse 6 hat eine periphere Gehäusewand 12, die einen Gehäuseinnenraum 13 des Ventilgehäuses 6 begrenzt. Der Gehäuseinnenraum 13 ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch ein elastisch verformbares Membranelement 14 unter Abdichtung in eine Antriebskammer 13a und eine Ventilkammer 13b unterteilt. Die Antriebskammer 13a und die Ventilkammer 13b sind in der Achsrichtung der Längsachse 7 aufeinanderfolgend angeordnet, wobei die Antriebskammer 13a der Rückseite 8 und die Ventilkammer 13b einer der Rückseite 8 axial entgegengesetzten Vorderseite 9 des Ventilgehäuses 6 zugeordnet ist.
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Die Ventilkammer 13b ist einerseits von dem Membranelement 14 und andererseits von einem der Vorderseite 9 zugeordneten vorderen Wandabschnitt 15 des Ventilgehäuses 6 begrenzt. Beispielhaft ist der vordere Wandabschnitt 15 Bestandteil einer separaten Anschlussplatte 16 des Ventilgehäuses 6, über die das Ventil 1 an einem beliebigen Ventilträger befestigt werden kann. Die Anschlussplatte 16 besteht beispielsweise aus einem sogenannten PEEK-Kunststoff. Die Anschlussplatte 16 ermöglicht insbesondere eine Flanschbefestigung. Der Ventilträger kann beispielsweise ein von Fluidkanälen durchsetzter Kanalkörper sein oder die Hauptstufe eines Mehrwegeventils, die durch das Ventil 1 vorgesteuert ist.
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Das Membranelement 14 ist beispielhaft unter Abdichtung zwischen der Anschlussplatte 16 und einem sich daran anschließenden Gehäusehauptkörper 17 des Ventilgehäuses 6 eingespannt. Die Anschlussplatte 16 ist mit dem Gehäusehauptkörper 17 durch Befestigungsschrauben 19 verspannt.
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Der vordere Wandabschnitt 15 ist von mehreren Ventilkanälen 18 durchsetzt, die einerseits in die Ventilkammer 13b und andererseits zu einer an der Vorderseite 9 liegenden Außenfläche 22 des Ventilgehäuses 6 ausmünden. Im Gebrauchszustand ist das Ventil 1 mit der Außenfläche 22 voraus an den nicht weiter abgebildeten Ventilträger angesetzt.
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Exemplarisch münden in die Ventilkammer 13b insgesamt drei Ventilkanäle 18. Einer dieser Ventilkanäle 18, der als ungesteuerter Ventilkanal 18b bezeichnet sei, ist ständig offen und steht in ständiger Fluidverbindung mit der Ventilkammer 13b.
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Zwei weitere Ventilkanäle 18 können hinsichtlich ihres freien Strömungsquerschnittes gesteuert werden und sind daher als zu steuernde bzw. als steuerbare Ventilkanäle 18a bezeichnet. Die Steuerung erfolgt mittels je eines von zwei beweglichen Membranabschnitten 23 des Membranelements 14, die jeweils einer sich in die Ventilkammer 13b hinein öffnenden inneren Kanalmündung 24 eines der steuerbaren Ventilkanäle 18a gegenüberliegen. Jede innere Kanalmündung 24 ist von einem innen an dem vorderen Wandabschnitt 15 erhaben ausgebildeten Ventilsitz umrahmt. Jeder bewegliche Membranabschnitt 23 bildet ein Ventilglied des Ventils 1.
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Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel sind die die inneren Kanalmündungen 24 umrahmenden Ventilsitze einstückig in der Anschlussplatte 16 ausgebildet. Hiervon abweichend können die Ventilsitze auch durch separate hülsenförmige Düsenkörper realisiert sein, die in die Anschlussplatte 16 eingesetzt sind.
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Jeder bewegliche Membranabschnitt 23 ist derart elastisch verformbar, dass er entweder eine Schließstellung oder mindestens eine Offenstellung einnimmt. In der Schließstellung liegt er am Ventilsitz der zugeordneten inneren Kanalmündung 24 an und verschließt dadurch den zugeordneten steuerbaren Ventilkanal 18a. In der Offenstellung ist er von dem Ventilsitz abgehoben, sodass der betreffende steuerbare Ventilkanal 18a offen ist und mit der Ventilkammer 13b kommuniziert. In der Offenstellung ist durch die Ventilkammer 13b hindurch eine Fluidverbindung zwischen dem betreffenden steuerbaren Ventilkanal 18a und dem ungesteuerten Ventilkanal 18b gegeben.
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Auf diese Weise können Fluidströme gesteuert werden. Bei einer möglichen Anwendung des Ventils 1 ist der ungesteuerte Ventilkanal 18b an einen zu einem Verbraucher führenden Arbeitskanal angeschlossen, während von den beiden steuerbaren Ventilkanälen 18a der eine an eine fluidische Druckquelle und der andere an eine Drucksenke angeschlossen ist. Dies ermöglicht einen Betrieb als 3/2-Wegeventil. Bei einer anderen Anwendung ist das Ventil 1 als Dosierventil in der Labortechnik genutzt, wobei in den ungesteuerten Ventilkanal 18b ein zu dosierendes Fluid eingespeist wird, das wahlweise über nur einen oder gleichzeitig beide der steuerbaren Ventilkanäle 18a dosiert ausgebbar ist. In diesem Fall wird das Ventil 1 bevorzugt als 3/3-Wegeventil genutzt.
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Jedem beweglichen Membranabschnitt 23 ist zur Vorgabe seiner Betriebsstellung ein eigenes, bewegliches Steuerglied 25, 26 zugeordnet. Die beiden Steuerglieder 25, 26, die im Folgenden auch als erstes und zweites Steuerglied 25, 26 bezeichnet werden, sind benachbart zu dem Membranelement 14 in der Antriebskammer 13a aufgenommen. Sie sind relativ zum Ventilgehäuse 6 in einander entgegengesetzten Richtungen hin und her beweglich, wobei diese Steuergliedbewegung bei 27 durch einen Doppelpfeil illustriert ist.
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Die Steuergliedbewegung 27 ist bevorzugt eine Schwenkbewegung um einen Schwenkbereich 28, der bevorzugt als Festkörpergelenk nach Art eines sogenannten Filmscharniers realisiert ist. Die Schwenkebenen der beiden Steuerglieder 25, 26 fallen zusammen und sind aufgespannt durch die Längsachse 7 und eine hierzu rechtwinkelige erste Querachse 32 des Ventilgehäuses 6. Die durch einen jeweiligen Schwenkbereich 28 definierte Schwenkachse des zugeordneten Steuergliedes 25, 26 erstreckt sich in der Achsrichtung einer zu der Längsachse 7 und zu der ersten Querachse 32 rechtwinkeligen zweiten Querachse 33 des Ventilgehäuses 6.
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Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist die Steuergliedbewegung 27 eine reine Linearbewegung.
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Die beiden Steuerglieder 25, 26 sind bevorzugt in der Achsrichtung der ersten Querachse 32 nebeneinander angeordnet, was ebenso für die beiden beweglichen Membranabschnitte 23 des Membranelementes 14 gilt.
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Die Steuerglieder 25, 26 dienen dazu, mit den beweglichen Membranabschnitten 23 antriebsmäßig zusammenzuarbeiten, um die diesen zugeordneten steuerbaren Ventilkanäle 18a wahlweise zu verschließen oder zu öffnen.
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Beispielhaft hat jedes Steuerglied 25, 26 einen insbesondere als Vorsprung ausgebildeten Beaufschlagungsabschnitt 34, der an der der inneren Kanalmündung 24 des zu steuernden Ventilkanal 18a abgewandten Rückseite des benachbarten beweglichen Membranabschnittes 23 anliegt. Es kann sich hierbei um eine lose Anlage handeln oder um eine feste Verbindung, beispielsweise eine Klebeverbindung oder eine Schnappverbindung.
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Eine Stellung, bei der ein Steuerglied durch Beaufschlagen eines beweglichen Membranabschnittes 23 ein Verschließen des zugeordneten steuerbaren Ventilkanal 18a bewirkt, sei als Schließstellung bezeichnet. Jede Stellung eines Steuergliedes 25, 26, durch die der zugeordnete bewegliche Membranabschnitt 23 vom Ventilsitz des zugeordneten steuerbaren Ventilkanals 18a abgehoben ist oder abheben kann, um eine Fluidverbindung mit der Ventilkammer 13b zu ermöglichen, sei als Offenstellung des betreffenden Steuergliedes 25, 26 bezeichnet.
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Bevorzugt ist jedes Steuerglied 25, 26 durch eine Federkraft 35 relativ zum Ventilgehäuse 6 in eine Grundstellung vorgespannt. Bei dieser Grundstellung handelt es sich exemplarisch um die Schließstellung. Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist eine Offenstellung als Grundstellung vorgesehen.
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Die Federkraft resultiert beispielhaft aus einer mechanischen Federeinrichtung 36, die sich an einem der Steuerglieder 25, 26 und andererseits am Ventilgehäuse 6 abstützt. Die bevorzugt als Druckfedereinrichtung ausgebildete Federeinrichtung 36 befindet sich exemplarisch gemeinsam mit den Steuergliedern 25, 26 in der Antriebskammer 13a. Bevorzugt ist jedem Steuerglied 25, 26 eine eigene, individuelle Federeinheit 36a, 36b der Federeinrichtung 36 zugeordnet, was bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel der Fall ist, wo jede Federeinheit 36a, 36b von einer Schraubendruckfeder gebildet ist.
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Zur Erzeugung der Steuergliedbewegung 27 und zum daraus resultierenden Positionieren eines jeweiligen Steuergliedes 25, 26 in wahlweise der Schließstellung oder einer Offenstellung ist das Ventil 1 mit einer Aktuatoreinrichtung 37 ausgestattet. Die Aktuatoreinrichtung 37 befindet sich beispielhaft in der Antriebskammer 13a, sodass sie durch das Ventilgehäuse 6 von der Umgebung des Ventils 1 abgeschirmt ist.
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Die Aktuatoreinrichtung 37 enthält mehrere jeweils als Aktuatordraht 38 bezeichnete metallische Drähte, die aus einer Formgedächtnislegierung bestehen, die auch als „SMA“ bezeichnet wird, was für „Shape Memory Alloy“ steht. Es handelt sich hier insbesondere um eine Titan-Nickel-Legierung.
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Jeder Aktuatordraht hat eine unverformte Ausgangslänge, aus der er vor dem Einbau in das Ventil 1 bei niedriger Temperatur unter plastischer Verformung auf eine Anwendungslänge verlängert wird. Mit dieser Anwendungslänge wird der Aktuatordraht 38 in das Ventil 1 eingebaut. Um das Ventil 1 zu betätigen, wird der Aktuatordraht 38 durch Anlegen der oben erwähnten Betätigungsspannung bestromt, was zu einer Erwärmung führt, die sich in einer Verkürzung des Aktuatordrahtes 38 in Richtung der Ausgangslänge äußert. Der Aktuatordraht 38 lässt sich also aufgrund seiner Formgedächtniseigenschaften durch Erwärmung wieder auf die Ausgangslänge verkürzen. Bei anschließender Wegnahme oder Reduzierung der Betätigungsspannung kann der Aktuatordraht 38 erneut wieder leicht auf die Anwendungslänge gedehnt werden. Dieses Formgedächtnisverhalten wird dazu genutzt, die beiden Steuerglieder 25, 26 zu betätigen.
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Die beispielhafte Aktuatoreinrichtung 37 hat pro Steuerglied 25, 26 zwei Aktuatordrähte 38, die im Folgenden auch als erster und zweiter Aktuatordraht 38a, 38b bezeichnet werden. An jedem Steuerglied 25, 26 greifen ein erster und zweiter Aktuatordraht 38a, 38b mit einem ersten Endabschnitt 42 an, wobei jeder dieser beiden Aktuatordrähte 38a, 38b mit einem zu dem ersten Endabschnitt 42 beabstandeten, entgegengesetzten zweiten Endabschnitt 43 am Ventilgehäuse 6 befestigt ist. Die gehäuseseitige Befestigung erfolgt mittels geeigneter Befestigungsstrukturen 44, insbesondere unter Ausbildung einer kostengünstigen Crimpverbindung.
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Die Angriffspunkte 45 der Aktuatordrähte 38 an den Steuergliedern 25, 26 sind zu dem Schwenkbereich 28 beabstandet, sodass ein ausreichender Hebelarm vorliegt, um die gewünschte Steuergliedbewegung 27 als Schwenkbewegung hervorzurufen. Auch die Federeinrichtung 36 greift mit Abstand zu den Schwenkbereichen 28 am jeweiligen Steuerglied 25, 26 an.
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Die Fixierung der Aktuatordrähte 38 an den Steuergliedern 25, 26 ist dergestalt ausgeführt, dass die Aktuatordrähte 38 Zugkräfte auf die Steuerglieder 25, 26 ausüben können. Auch die Befestigungsstrukturen 44 sind so ausgebildet, dass zwischen den Aktuatordrähten 38 und dem Ventilgehäuse 6 Zugkräfte übertragbar sind.
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Die Aktuatordrähte 38 sind über eine elektrische Leiteranordnung 46, die beispielsweise zumindest teilweise von Leiterbahnen gebildet ist, an die Schnittstelleneinrichtung 2 angeschlossen. Auf diese Weise kann jeder Aktuatordraht 38 im Rahmen eines Aktivierungsvorganges durch Anlegen einer Betätigungsspannung mittels der elektronischen Steuereinrichtung 4 bestromt werden, um ihn zu erwärmen und um eine daraus resultierende Verkürzung des Aktuatordrahtes 38 hervorzurufen, aus der eine als erste Steuerbewegung 47 bezeichnete Bewegungsphase der Steuergliedbewegung 27 resultiert. Diese erste Steuerbewegung 47 führt dazu, dass das betreffende Steuerglied 25, 26 aus der Schließstellung in die Offenstellung verschwenkt wird.
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Durch einen sich anschließenden Deaktivierungsvorgang, bei dem die Betätigungsspannung weggenommen oder reduziert wird, lässt sich die axiale Verkürzung der Aktuatordrähte 38 ganz oder teilweise wieder rückgängig machen, womit eine der ersten Steuerbewegung 47 entgegengesetzte zweite Steuerbewegung 48 der beiden Steuerglieder 25, 26 einhergeht, durch die die Steuerglieder 25, 26 aus der Offenstellung wieder in die Schließstellung verschwenkt werden. Die dabei auftretende Längung der Aktuatordrähte 38 wird durch die ständig auf die Aktuatordrähte 38 einwirkende Federkraft 35 und die daraus resultierende, in der Drahtlängsrichtung wirkende axiale Vorspannung hervorgerufen.
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Man kann also die beiden als erste Steuerbewegung 47 und als zweite Steuerbewegung 48 bezeichneten, einander entgegengesetzt orientierten Bewegungsphasen der Steuergliedbewegung 27 mittels einer Variation der angelegten Betätigungsspannung hervorrufen.
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Die Erwärmung der Aktuatordrähte 38 erfolgt bei Anlegen einer entsprechend hohen Betätigungsspannung in sehr kurzer Zeit, sodass die erste Steuerbewegung 47 relativ schnell ist. Diesbezüglich ist die zweite Steuerbewegung 48 normalerweise um einiges langsamer, weil die Temperatur der Aktuatordrähte 38 nach Wegnahme oder Reduktion der Betätigungsspannung nur allmählich abklingt. Dieser Problematik wird bei dem erfindungsgemäßen Ventil 1 durch eine Beschleunigung des Abkühlvorganges entgegengewirkt.
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Die Beschleunigung des Abkühlvorganges wird dadurch hervorgerufen, dass die Aktuatordrähte 38 durch schnelles und insbesondere schlagartiges Wegnehmen oder Reduzieren der Betätigungsspannung quer zu ihrer Längsachse in Schwingung versetzt werden, wobei die ausgeführte Schwingbewegung 52 in der Zeichnung durch Doppelpfeile angedeutet ist. Die Schwingbewegung 52 verursacht eine bessere Wärmeabgabe an die die Aktuatordrähte 38 umgebende Luft und dementsprechend eine schnellere Abkühlung der Aktuatordrähte 38.
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Noch weiter verbessert wird der Abkühlvorgang bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel durch den Umstand, dass die Gehäusewand 12 des Ventilgehäuses 6 im Bereich der Antriebskammer 13a von einer Vielzahl von Lüftungsöffnungen 53 durchsetzt ist, die den Luftaustausch mit der das Ventil 1 umgebenden Umgebungsluft verbessern.
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Hervorgerufen wird die Schwingbewegung 52 durch eine im Innern des Ventilgehäuses 6 befindliche, beispielhaft in der Antriebskammer 13a platzierte Magneteinrichtung 54. Die Magneteinrichtung 54 erzeugt in einem als Magnetfeldzone 55 bezeichneten Bereich in dem Gehäuseinnenraum 13 ein durch Pfeile illustriertes Magnetfeld 56, durch das hindurch sich die Aktuatordrähte 38 erstrecken und das so ausgerichtet ist, dass seine durch die Pfeile illustrierten magnetischen Feldlinien quer zur Längsrichtung eines jeweiligen Aktuatordrahtes 38 verlaufen.
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Besonders vorteilhaft ist eine beim Ausführungsbeispiel realisierte Anordnung, bei der die Feldlinien des Magnetfeldes 56 rechtwinkelig zur Längsrichtung der Aktuatordrähte 38 ausgerichtet sind.
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Exemplarisch erstrecken sich die Aktuatordrähte 38 in einer als Drahtebene 57 bezeichneten Ebene, die gemeinsam von der Längsachse 7 und der ersten Querachse 32 aufgespannt ist. Das Magnetfeld 56 verläuft innerhalb der Magnetfeldzone 55 rechtwinkelig zu der Drahtebene 57 und exemplarisch somit parallel zu der zweiten Querachse 33.
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In der schematischen Abbildung der 6, die in der linken Bildhälfte einen deaktivierten und in der rechten Bildhälfte einen aktivierten Betriebszustand zeigt, ist anhand zweier an ein und demselben Steuerglied 25 angreifenden Antriebsdrähte 38, 38a, 38b das Drahtverhalten beim Aktivieren und Deaktivieren gezeigt. In der zugehörigen 7 sind die beiden Drähte 38, 38a, 38b gestrichelt in der deaktivierten Ausgangsstellung und in durchgezogenen Linien im aktivierten Zustand angedeutet.
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Wenn ausgehend von dem deaktivierten Betriebszustand ein durch Bestromung hervorgerufener Aktivierungsvorgang stattfindet, werden die Aktuatordrähte 38 durch die innerhalb der Magnetfeldzone 55 auf sie einwirkende Lorentzkraft in der Drahtebene 57 seitwärts, also quer zu ihrer Längsrichtung ausgelenkt. Die Auslenkung ist proportional zur Stromstärke des Stromflusses innerhalb der Aktuatordrähte 38. Die seitliche Auslenkung der Aktuatordrähte 38, 38a, 38b ist in 6 gut zu erkennen. Diese seitliche Auslenkung ist der auf einer Formänderung basierenden Verkürzung der Aktuatordrähte 38 überlagert, die dazu führt, dass das zugeordnete Steuerglied 25 im Bereich des Angriffspunktes 45 um einen durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antriebshub 58 relativ zum Ventilgehäuse 6 verlagert wird, woraus die zugeordnete erste Steuerbewegung 47 resultiert.
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Beim Deaktivieren der Aktuatordrähte 38 und einem damit verbundenen schnellen Abschalten oder Reduzieren des Stromflusses verringert sich die Wirkung der Lorentzkraft sehr schnell und insbesondere schlagartig, wobei sie im Extremfall vollständig wegfällt. Der bis dahin noch seitwärts ausgelenkte Aktuatordraht 38 kehrt daraufhin in seine in 6 in der linken Bildhälfte und in 7 gestrichelt angedeutete ursprüngliche Position zurück, wobei es aufgrund der Drahtspannung zu einer abklingenden Schwingbewegung 52 gemäß der Resonanzfrequenz des Drahtes kommt. Dieses Schwingen und die den Draht umgebende kühlere Luft führen zu einem konvektiven Wärmeübergang auf die Luft und dementsprechend zu einem raschen Abkühlen des Aktuatordrahtes 38, sodass selbiger sehr schnell wieder auf das ungedehnte Längenmaß zurückkehrt, das dem Steuerglied 25 die Einnahme der Grundstellung ermöglicht.
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Die Magneteinrichtung 54 ist bevorzugt als eine Permanentmagneteinrichtung 54a ausgebildet, sodass sie anders als eine prinzipiell ebenfalls mögliche Ausgestaltung als Elektromagneteinrichtung keine äußere Energiezufuhr benötigt.
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Die Permanentmagneteinrichtung 54a hat zweckmäßigerweise zwei sich quer zur Längsrichtung der Aktuatordrähte 38 mit Abstand gegenüberliegende Permanentmagnetelemente 62, 63. Die Permanentmagnetelemente 62, 63 sind in der Achsrichtung der zweiten Querachse 33 zueinander beabstandet. Durch ihren Abstand begrenzen sie zwischen sich einen Durchtrittsspalt 64, durch den sich die Aktuatordrähte 38 hindurcherstrecken. Die Permanentmagnetelemente 62, 63 sind so ausgerichtet, dass sie sich im Bereich des Durchtrittsspaltes 64 mit einander entgegengesetzt polarisierten Polflächen 65 gegenüberliegen. Bevorzugt sind die Permanentmagnetelemente 62, 63 plattenförmig oder klotzförmig ausgebildet, was eine besonders einfache Herstellung gestattet.
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Zur Fixierung der Permanentmagnetelemente 62, 63 am Ventilgehäuse 6 ist das Ventil 1 mit einem unmagnetischen Magnethalter 66 ausgestattet, der ebenso wie die beiden Permanentmagnetelemente 62, 63 in der Antriebskammer 13a angeordnet ist. Der Magnethalter 66 ist zweckmäßigerweise ein bezüglich des Ventilgehäuse 6 separates Bauteil, das in die Antriebskammer 13a eingesetzt und dort kraftschlüssig und/oder formschlüssig fixiert ist.
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Bei dem illustrierten bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Magnethalter 66 eine im Wesentlichen H-förmige Struktur mit zwei zueinander beabstandeten Seitenwänden 67 und einem die beiden Seitenwände 67 im mittleren Höhenbereich verbindenden Stegabschnitt 68, der einen Abstandshalterabschnitt 68 definiert.
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Von den beiden Seitenwänden 67 ist die eine der Rückseite 8 und die andere der Vorderseite 9 zugewandt, wobei der Abstandshalterabschnitt 68 zusammen mit den ihn überragenden Längenabschnitten der Seitenwände 67 jeweils eine Aufnahmevertiefung 72 begrenzt, in die eines der beiden Permanentmagnetelemente 62, 63 eingesetzt ist. Der Abstandshalterabschnitt 68 erstreckt sich im Bereich des Durchtrittsspaltes 64 und seine Dicke gibt die Spalthöhe des Durchtrittsspaltes 64 vor.
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In dem Abstandshalterabschnitt 68 ist zweckmäßigerweise eine der Anzahl der Aktuatordrähte 38 entsprechende Anzahl von Durchtrittskanälen 73 ausgebildet, die an den der Rückseite 8 und der Vorderseite 9 zugewandten Stirnseiten der Seitenwände 67 ausmünden. Jeder dieser Durchtrittskanäle 73 ist von einem Längenabschnitt eines Aktuatordrahtes 38 durchsetzt und hat einen größeren Querschnitt als der Drahtquerschnitt in diesem Bereich, sodass die Schwingbewegungen 52 relativ zu dem Magnethalter 66 ungehindert möglich sind.
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Bevorzugt sind die Durchtrittskanäle 73 nutartig ausgebildet und zu einer der Aufnahmevertiefungen 72 hin offen, sodass sich die Aktuatordrähte 38 leicht von einer Längsseite her einlegen lassen, bevor das zugeordnete Permanentmagnetelement 62 eingesetzt wird. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Seitenwände 67 im Bereich der Durchtrittskanäle 73 geschlitzt sind.
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Zur Realisierung der Aktuatordrähte 38 ist es vorteilhaft, wenn sämtliche Aktuatordrähte 38 des Ventils 1 von aufeinanderfolgenden Längenabschnitten eines aus der erwähnten Formgedächtnislegierung bestehenden einstückigen Drahtstranges 74 gebildet sind, der mit entsprechend gebogenem Verlauf verlegt ist.
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Beispielhaft ist der Drahtstrang 74 so gebogen, dass er eine etwa W-förmige Gestalt aufweist.
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Die beiden am jeweils gleichen Steuerglied 25, 26 angreifenden ersten und zweiten Aktuatordrähte 38a, 38b bilden die beiden Schenkelabschnitte 75a, 75b; 76a, 76b zweier U-förmig oder V-förmig gebogener erster und zweiter Strangstrukturen 75, 76 des Drahtstranges 74. Alle Schenkelabschnitte 75a, 75b; 76a, 76b erstrecken sich in der Drahtebene 57. Die zur gleichen Strangstruktur 75, 76 gehörenden Schenkelabschnitte 75a, 75b; 76a, 76b haben zwei dem Steuerglied 25, 26 zugewandte Endbereiche, die jeweils von einem der ersten Endabschnitte 42 gebildet sind und durch einen Verbindungsabschnitt 77 des Drahtstranges 74 miteinander verbunden sind. Mit diesem Verbindungsabschnitt 77 greift jede Strangstruktur 75, 76 am Angriffspunkt 45 des zugeordneten Steuergliedes 25, 26 an. Dieses Angreifen geschieht bevorzugt dadurch, dass das Steuerglied 25, 26 einen sich in der Achsrichtung der zweiten Querachse 33 erstreckenden Fortsatz 78 hat, um den die Strangstruktur 75, 76 mit dem Verbindungsabschnitt 77 herumgeschlungen ist.
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Im Bereich der Rückseite 8 sind die beiden Strangstrukturen 75, 76 an den beiden von den Steuergliedern 25, 26 abgewandten Endbereichen der zueinander benachbarten inneren Schenkelabschnitte 75b, 76b, die jeweils einen zweiten Endabschnitt 43 eines ersten Aktuatordrahtes 38a definieren, mittels eines gebogenen Übergangsabschnittes 82 des Drahtstranges 74 einstückig miteinander verbunden. Im Bereich dieses Übergangsabschnittes 82 ist der Drahtstrang 74 mittels der Befestigungsstrukturen 44 am Ventilgehäuse 6 fixiert, was letztlich bedeutet, dass hier die beiden ersten Aktuatordrähte 38a am Gehäuse befestigt sind.
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Die beiden außen liegenden, äußeren Schenkelabschnitte 75a, 76a der Strangstrukturen 75, 76 sind an ihren dem Verbindungsabschnitt 77 abgewandten Endbereichen, die jeweils einen zweiten Endabschnitt 43 eines zweiten Aktuatordrahtes 38b bilden, ebenfalls mittels der Befestigungsstrukturen 44 am Ventilgehäuse 6 fixiert. Zweckmäßigerweise liegen die den Übergangsabschnitt 82 und den zweiten Endabschnitten 43 zugeordneten Befestigungsbereiche in der Achsrichtung der Längsachse 7 zumindest im Wesentlichen auf gleicher Höhe.
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Die Befestigungsmaßnahmen sind insbesondere so getroffen, dass jeder Aktuatordraht 38 schon im unbestromten Zustand eine zumindest geringfügige mechanische axiale Vorspannung hat. Selbige lässt sich durch eine entsprechende Dimensionierung der Federeinrichtung 36 gewährleisten.
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Bevorzugt werden die den Verbindungsabschnitten 77 axial entgegengesetzten Endbereiche der Schenkelabschnitte 75a, 75b; 76a, 76b des einstückigen Drahtstranges 74 zur Einspeisung der Betätigungsspannung genutzt. Hierzu sind über die schon erwähnte elektrische Leiteranordnung 46 die frei endenden zweiten Endabschnitte 43 der den äußeren Schenkelabschnitten 75a, 76a entsprechenden zweiten Aktuatordrähte 38b jeweils individuell über die elektrische Leiteranordnung 46 mit der Schnittstelleneinrichtung 2 verbunden, sodass an sie ein gleichnamiges Spannungspotential anlegbar ist, also entweder ein positives oder ein negatives Potential. Die zweiten Endabschnitte 43 der von den inneren Schenkelabschnitten 75b, 76b gebildeten ersten Aktuatordrähte 38a sind über die elektrische Leiteranordnung 46 gemeinsam an die Schnittstelleneinrichtung 2 angeschlossen, sodass an sie einheitlich ein Potential anlegbar ist, das demjenigen der zweiten Endabschnitte 43 der zweiten Aktuatordrähte 38b entgegengesetzt ist.
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Auf diese Weise können die beiden Strangstrukturen 75, 76 unabhängig voneinander elektrisch aktiviert oder deaktiviert werden, was die vorteilhafte Möglichkeit bietet, die beiden Steuerglieder 25, 26 unabhängig voneinander zu betätigen und zu positionieren.
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Abweichend vom illustrierten Ausführungsbeispiel können sämtliche Aktuatordrähte 38 ohne weiteres auch als individuelle, einzelne Drähte ausgeführt sein. Es besteht ferner die Möglichkeit, bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel auf den Übergangsabschnitt 82 zu verzichten und die insbesondere vier Aktuatordrähte 38 mittels zweier voneinander gesonderter, einstückiger Drahtstränge 74 zu realisieren. Ferner besteht die Möglichkeit, pro Steuerglied 25, 26 nur einen einzigen Aktuatordraht 38 zum Hervorrufen der Steuergliedbewegung 27 vorzusehen.
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Ein nicht illustriertes Ausführungsbeispiel des Ventils 1 verfügt über nur ein einziges Steuerglied 25. Ein solches Ventil 1 eignet sich insbesondere zur Realisierung einer 2/2-Ventilfunktion.
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Wie schon angesprochen kann die Steuergliedbewegung 27 abweichend von dem illustrierten Ausführungsbeispiel beispielsweise auch eine Linearbewegung sein. Das mindestens eine Steuerglied 25, 26 ist dann insbesondere in der Achsrichtung der Längsachse 7 verschiebbar an dem Ventilgehäuse 6 gelagert.
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Das illustrierte Ventil 1 verfügt über ein Membranelement 14 zur Bildung mindestens eines Ventilgliedes. Dabei repräsentieren die beiden beweglichen Membranabschnitte 23 jeweils ein Ventilglied. Das Membranelement 14 trennt die Antriebskammer 13a fluiddicht von der Ventilkammer 13b ab, sodass die in der Antriebskammer 13a enthaltene Aktuatoreinrichtung 37 mit dem zu steuernden fluidischen Medium nicht in Berührung kommt. Gemäß nicht illustrierter Ausführungsbeispiele kann jedes bewegliche Steuerglied 25, 26 allerdings auch unmittelbar selbst ein Ventilglied bilden. Dies insbesondere dann, wenn keine fluiddichte Abtrennung der Antriebskammer 13a vom zu steuernden fluidischen Medium erforderlich oder gewünscht ist,
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016219346 B4 [0002]
