DE102021133288A1

DE102021133288A1 - Anordnung und Manipulationssystem sowie Verfahren zur Manipulation des Flusses eines Fluids

Info

Publication number: DE102021133288A1
Application number: DE102021133288.5A
Authority: DE
Inventors: Piotr Ceglarek; Tomasz Stasinski; Rafal Strok
Original assignee: Faurecia Automotive GmbH
Current assignee: Faurecia Autositze GmbH
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2023-06-15
Also published as: US20230184266A1; CN116263175A

Abstract

Eine Anordnung zur Manipulation des Flusses eines Fluids in einen Fluidaktuator, bevorzugt den eines Sitzes, umfasst einen Grundkörper mit einer zum Einleiten des Fluids in den Grundkörper ausgebildeten Öffnung sowie wenigstens einer zum Weiterleiten oder/und Ausleiten des in den Grundkörper eingeleiteten Fluids vorgesehenen weiteren Öffnung. Es sind Mittel zur Herstellung und/oder Unterbrechung einer fluidleitenden Verbindung zwischen den Öffnungen vorgesehen. Die Mittel umfassen solche Mittel, die mit einem Druck des zu leitenden Fluids beaufschlagbar und derart ausgestaltet sind, dass in einem ersten Druckbereich des Fluids das aus dem Fluidaktuator in den Grundkörper eintretende Fluid über eine der Öffnungen aus dem Grundkörper an die Umgebung ausgeleitet und in einem gegenüber dem ersten Druckbereich höheren zweiten Druckbereich des Fluids das in den Grundkörper eingeleitete Fluid in den Fluidaktuator eingeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Manipulation des Flusses eines Fluids, bevorzugt für einen Fluidaktuator eines Sitzes oder Kraftfahrzeugsitzes gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Manipulationssystem mit einer solchen Anordnung mit den Merkmalen von Anspruch 12. Letztlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Manipulation des Flusses eines Fluids mit einem solchen Manipulationssystem nach den Merkmalen von Anspruch 13.
In Fahrzeugen anordenbare Kraftfahrzeugsitze weisen mitunter über deren veränderbare Neigung und Höhe hinausgehende Verstellfunktionen auf. Diese erlauben zumeist eine den Komfort erhöhende ergonomische Anpassung der mit einer Person in Kontakt gelangenden Sitzbereiche. Bei einer solchen Funktionseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine im Rückenteil angeordnete Lordosenstütze handeln. Aktuatoren ermöglichen die hierfür notwendigen Bewegungen, wobei deren Manipulation rein elektrisch oder mit einem Fluiddruck erfolgen kann. Fluidaktuatoren benötigen nur wenig Bauraum, wobei deren wenigstens eine mit Fluid befüllbare Hohlkammer mit hydraulischem oder pneumatischem Druck beaufschlagbar ist. Ein sich dabei in seinem Volumen verändernder Fluidaktuator wird auch als „Blase“ oder Expansionskörper bezeichnet.
Der hierfür notwendige Fluiddruck wird über eine durch einen zumeist elektrischen Motor antreibbare Pumpe beziehungsweise einen Kompressor aufgebaut. Diese/r ist üblicherweise beispielsweise in oder außerhalb des Sitzes gelegen. Die fluidleitende Verbindung mit den einzelnen Fluidaktuatoren kann dann durch flexible Schläuche erfolgen. Um die einzelnen Fluidaktuatoren voneinander getrennt ansteuern zu können, sind mitunter aufwendige und entsprechend kostenintensive Ventilanordnungen notwendig. Dadurch finden solche Funktionseinrichtungen kaum im Einsteigermarkt ihren Einsatz und werden dort auch nur selten als Zubehör angeboten.
Aus der US 4,840,347 A ist ein pneumatisch arbeitendes Ventil bekannt, welches einen Grundkörper mit einem zur Durchleitung eines Fluids vorgesehenen Kanal besitzt. Der Kanal ist über ein Verschlussglied zwischen einem geschlossenen und einem offenen Zustand veränderbar. Das Verschlussglied ist hierzu am Ende einer linear verlagerbaren Kolbenstange angeordnet, wobei die Kolbenstange durch zwei in jeweils einem von zwei gegeneinander abgetrennten Räumen des Grundkörpers gelegenen Kolben antreibbar ist. Zum Durchleiten oder Absperren des Fluids werden die voneinander abgewandten Flächen der jeweils gegenüber ihrem zugehörigen Raum abgedichteten und darin beweglich geführten Kolben mit Luftdruck beaufschlagt, um den gewünschten Stellzustand des Verschlussglieds zu erhalten.
Die EP 1 377 807 A1 offenbart ein Steuermodul zur Regelung des Durchflusses eines chemisch korrosiven oder ultrareinen Fluids durch einen in seinem Grundkörper ausgebildeten Kanal hindurch. Zwei voneinander entfernt gelegene und durch eine Trennwand gegeneinander abgegrenzte Bohrungen innerhalb des Grundkörpers sind so angeordnet, dass sie den Kanal scheiden.
Die insofern fluidleitend mit dem Kanal verbundenen Bohrungen sind jeweils über eine Membran gegenüber dem Kanal gedichtet, wobei die beiden Membranen mit je einem Drucksensor gekoppelt sind. Innerhalb eines die Bohrungen hinter den Membranen fluidleitend miteinander verbindenden Bypass befindet sich ein Fluidsensor. Hierdurch lässt sich das bei einer Leckage wenigstens einer Membran in den Bypass eindringende Fluid erfassen und entsprechend signalisieren. Durch eine im Bereich der Trennwand gelegene Engstelle des Kanals wird die Strömung innerhalb des Kanals verändert, während ein durch den stromabwärts und stromaufwärts der Engstelle gelegenen Drucksensor erfassbarer Druckunterschied herangezogen wird, um sowohl die Selbstkalibrierung eines Controllers vornehmen als auch die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids innerhalb des Kanals berechnen zu können. Ein stromabwärts der beiden Drucksensoren gelegenes Steuerventil korrespondiert mit dem Kanal derart, dass die Fluidgeschwindigkeit einstellbar ist. Hierzu weist das Steuerventil eine elektrisch oder pneumatisch arbeitende Betätigungseinrichtung auf, welche mit einer den Fluiddurchfluss durch Ändern des durchströmbaren Querschnitts beeinflussenden Membran zusammenwirkt.
Mit der EP 1 276 651 A1 wurde eine Bremsdruckregelvorrichtung bekannt, welche dazu ausgebildet ist, die aus dem Eingangsdruck sowie dem Ausgangsdruck resultierenden und auf einen Ventilkörper ihres Rückschlagsventils wirkenden Kräfte zu reduzieren. Bei dem Ventilkörper handelt es sich um einen Schaltkolben mit einer ersten Schaltkolbenseite und einer zweiten Schaltkolbenseite. Die erste Schaltkolbenseite ist im Betrieb mit Bremsbetriebsventildruck oder Bremszylinderdruck belastet. Demgegenüber ist die zweite Schaltkolbenseite nur auf einer ersten Teilfläche mit Bremszylinderdruck beaufschlagt, während eine zweite Teilfläche der zweiten Schaltkolbenseite dem Bremsbetriebsventildruck unterliegt. Die auf beide Seiten des Schaltkolbens wirkenden Drücke heben sich gegenseitig auf. Eine mehrere Membranventile aufweisende Druckauswahleinrichtung der Bremsdruckregelvorrichtung stellt sicher, dass einerseits der den höheren Wert aufweisende Bremsbetriebsventil- oder Bremszylinderdruck und andererseits der den niedrigeren Wert aufweisende Bremsbetriebsventil- oder Bremszylinderdruck voneinander getrennt zur Verfügung stehen.
Aus der US 2009/0153269 A1 ist eine Vorrichtung zur Versorgung des Druckkopfes eines Druckers mit in einer Patrone bevorrateter Druckertinte zu entnehmen. Die Vorrichtung weist einen Grundkörper mit zwei Teilen auf, welche unter Eingliederung eines elastischen Dichtelements miteinander verbunden sind und dabei einen zum Transport der Druckertinte vorgesehenen Kanal ausbilden. Der Grundkörper weist drei Räume auf, von denen das Gesamtvolumen zweier kleiner Räume dem Volumen des zwischen diesen gelegenen großen Raums entspricht. Das Dichtelement erstreckt sich dabei so durch die einzelnen Räume hindurch, dass diese jeweils in zwei Kammern getrennt sind. Die in den Räumen gelegenen Bereiche des Dichtelements sind über Federelemente in einer Normalstellung gehalten. Der den großen Raum trennende Bereich des Dichtelements ist mittels Unterdruck aus seiner Normalstellung heraus auslenkbar, so dass eine Pumpbewegung erzeugbar ist, durch welche die mit dem Kanal fluidleitend verbundene Kammer des großen Raums eine Menge an Druckertinte ansaugen und bei Abfall des Unterdrucks durch die federbelastete Rückstellbewegung des Dichtelements weiterleiten kann.
Aus der EP 2 964 986 A1 geht ein in der Medizin einsetzbares Mikroventil für Fluide hervor. Das Mikroventil umfasst ein erstes Ventilelement, welches einen flexiblen Teil und einen starren Teil besitzt. Weiterhin ist ein zweites Ventilelement vorgesehen, welches mit dem ersten Ventilelement in einen dichtenden Kontakt bringbar ist, um einen Fluidstrom durch den Durchgang des Mikroventils zu steuern.
Die Ansteuerung dieser Ventilanordnungen erfolgt entweder elektrisch, beispielsweise piezoelektrisch, oder pneumatisch. Vor allem deren pneumatischer Betrieb erfordert mitunter aufwändige Systeme, um die zum Ansteuern notwendige Umleitung der - neben dem zu kontrollierenden Fluid - zusätzlich erforderlichen Schaltluft zu gewährleisten.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung sowie ein entsprechend ausgestattetes Manipulationssystem dahingehend weiterzuentwickeln, dass diese eine mit nur wenigen Bauteilen auskommende und insgesamt einfach anzusteuernde Ausgestaltung ermöglichen. Weiterhin soll ein Verfahren zur einfachen Manipulation des Flusses eines Fluids mit einem solchen Manipulationssystem geschaffen werden.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Anordnung zur Manipulation des Flusses eines Fluids mit den Merkmalen von Anspruch 1, ein Manipulationssystem mit den Merkmalen von Anspruch 11 sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 12. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den jeweiligen Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung zur Manipulation des Flusses eines Fluids in einen Fluidaktuator hinein und aus diesem heraus vorgesehen, welche neben dem Fluidaktuator einen Grundkörper der Anordnung mit einer zum Einleiten des Fluids in diesen ausgebildeten Öffnung und wenigstens einer zum Weiterleiten oder/und Ausleiten des in den Grundkörper eingeleiteten Fluids vorgesehenen weiteren Öffnung sowie Mittel zur Herstellung und/oder Unterbrechung einer fluidleitenden Verbindung zwischen den Öffnungen umfasst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Mittel solche Mittel umfassen, die mit einem Druck des zu leitenden Fluids beaufschlagbar und derart ausgestaltet sind, dass in einem ersten Druckbereich des Fluids das aus dem Fluidaktuator in den Grundkörper eintretende Fluid über eine der Öffnungen aus dem Grundkörper an die Umgebung ausgeleitet wird und in einem gegenüber dem ersten Druckbereich höheren zweiten Druckbereich des Fluids das in den Grundkörper eingeleitete Fluid in den Fluidaktuator eingeleitet wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel eine Mehrzahl Ventile, die zumindest ein in seiner Grundstellung geöffnetes erstes Ventil und ein in seiner Grundstellung geschlossenes zweites Ventil umfassen. Dabei sind die Ventile mit einem Druck des zu leitenden Fluids beaufschlagbar und derart ausgestaltet, dass in einem ersten Druckbereich des Fluids das erste Ventil in seiner geöffneten Grundstellung verbleibt und das zweite Ventil von seiner geschlossenen Grundstellung in eine geöffnete Schaltstellung überführt ist. In einem gegenüber dem ersten Druckbereich höheren zweiten Druckbereich des Fluids dagegen verbleibt das zweite Ventil in seiner geöffneten Schaltstellung, während das erste Ventil von seiner geöffneten Grundstellung in eine demgegenüber geschlossene Schaltstellung überführt ist.
Der sich hieraus ergebende Vorteil ist darin zu sehen, dass die erfindungsgemäße Anordnung ohne einen zusätzlich aufzubauenden und über weitere Bauteile zu leitenden Steuerdruck auskommt. Vielmehr wird der ohnehin benötigte Fluss des zu leitenden Fluids gleichzeitig dazu genutzt, um die Mittel, bevorzugt die Ventile, anzusteuern. Durch eine Veränderung seines Druckwerts reagieren die Mittel entsprechend, um den Fluss des Fluids durch den Grundkörper der Ventilanordnung hindurch in der gewünschten Weise zu regeln oder zu unterbinden.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens kann das erste Ventil zum Öffnen und Schließen der zum Ausleiten des in den Grundkörper eingeleiteten Fluids vorgesehenen ersten Öffnung ausgebildet sein. Hierzu kann die erste Öffnung beispielsweise direkt oder über einen Schalldämpfer mit der die Ventilanordnung umgebenden Atmosphäre in Kontakt stehen, so dass das Fluid bei Bedarf in diese entweichen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das zweite Ventil zum Öffnen und Schließen einer zum Weiterleiten des in den Grundkörper eingeleiteten Fluids vorgesehenen zweiten Öffnung ausgebildet sein. Über eine entsprechend fluidleitende Verbindung der zweiten Öffnung beispielsweise mit einem Fluidaktuator kann so das in den Grundkörper einleitbare Fluid durch die zweite Öffnung hindurch zumindest indirekt in eine Hohlkammer des Fluidaktuators gelangen, um so dessen Größe, d.h. dessen Volumen, zu verändern.
Die Erfindung sieht vor, dass die Mittel ein mit dem Druck des zu leitenden Fluids beaufschlagbares drittes Ventil umfassen können, welches dann zum Öffnen und Schließen einer zum Ausleiten des in den Grundkörper eingeleiteten Fluids vorgesehenen dritten Öffnung ausgebildet ist. Dessen Ausgestaltung kann bevorzugt so gewählt sein, dass das dritte Ventil bei einem Druckwert des Fluids unterhalb des ersten Druckbereichs oder im ersten Druckbereich in einer die dritte Öffnung öffnenden ersten Schaltstellung verbleibt, während es bei einem im zweiten Druckbereich gelegenen Druckwert des Fluids von seiner ersten Schaltstellung in eine die dritte Öffnung verschließende zweite Schaltstellung überführt ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung kann deren Grundkörper einen Raum im Sinne eines Hohlraums besitzen, welcher durch ein Trennelement in eine erste Kammer und in eine zweite Kammer geteilt ist. Die erste Kammer kann dann dauerhaft mit der zum Einleiten des Fluids in den Grundkörper ausgebildeten vierten Öffnung fluidleitend verbunden sein. Weiterhin können dann wenigstens die erste Öffnung durch das ihr zugehörige erste Ventil und die zweite Öffnung durch das ihr zugehörige zweite Ventil gleichzeitig oder abwechselnd mit der zweiten Kammer fluidleitend verbunden sein.
In diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn in der ersten Schaltstellung des dritten Ventils die erste Kammer und die zweite Kammer fluiddicht voneinander getrennt sind, während in der zweiten Schaltstellung des dritten Ventils die erste Kammer und die zweite Kammer fluidleitend miteinander verbunden sind.
Grundsätzlich kann wenigstens eines der Ventile durch ein Federelement in einer seiner möglichen Stellungen gehalten sein. Je nach Ausgestaltung und Anordnung kann so zumindest ein Teil des Ventils durch das Federelement in eine seiner Stellungen gezogen oder gedrückt werden. In jedem Fall ist vorgesehen, dass das Ventil dann bei einem im ersten Druckbereich oder/und im zweiten Druckbereich liegenden Druckwert des Fluids nur gegen die auf dieses einwirkende Rückstellkraft des Federelements in seine andere mögliche Stellung veränderbar ist.
Im Zusammenhang mit der Trennung des Raumes in zwei Kammern wird es als vorteilhaft angesehen, wenn wenigstens eines der Ventile einen Ventilkörper besitzt, welcher durch eine die beiden Kammern gegeneinander dichtende Haltemembran in dem Trennelement beweglich gelagert ist. Die Haltemembran erfüllt dabei einerseits die Aufgabe einer geführten beweglichen Lagerung des Ventilkörpers, während sie gleichzeitig die beiden Kammern in Bezug auf den Austausch von Fluid gegeneinander abschirmt. Bevorzugt kann der Ventilkörper wenigstens eines Ventils dann in geeigneter Weise mit dem zugehörigen Federelement gekoppelt sein.
In diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Ventilkörper mit einer innerhalb der ersten Kammer angeordneten Antriebsmembran gekoppelt ist. Dabei weist die Antriebsmembran eine gegenüber der Haltemembran größere Fläche auf, welche mit dem Druck des zu leitenden Fluids beaufschlagbar ist. Auf diese Weise wird trotz gleichem Druckwert für das Fluid in beiden Kammern eine größere Belastung auf der Seite der Antriebsmembran erzeugt, die auf der aus der größeren Membranfläche her resultierenden Kraft basiert. Mit anderen Worten sind so die Werte der den beweglichen Ventilkörper von den beiden Kammern aus entgegengesetzt belastenden Kräfte ungleich, wobei die aus der ersten Kammer her resultierende Kraft stets größer als die aus der zweiten Kammer her resultierende Kraft ist. Im Zusammenhang mit der möglichen Anordnung von Federelementen lässt sich so eine entsprechend ausbalancierte Lagerung des Ventilkörpers erreichen, wobei die Summe oder Differenz aus den gleichgerichteten Kräften des Federelements und einer der beiden Membranflächen bevorzugt dem Wert der entgegengesetzt wirkenden Kraft der anderen Membranfläche entsprechen kann.
Im Zusammenhang mit der Trennung des Raumes in zwei Kammern sieht die Erfindung vor, dass die Anordnung ein innerhalb der zweiten Kammer angeordnetes Rückschlagventil besitzen kann. Das Rückschlagventil ist dazu ausgebildet, den Fluss des über die vierte Öffnung in den Grundkörper eingeleiteten sowie durch das in seiner zweiten Schaltstellung befindliche dritte Ventil in die zweite Kammer hin zum zweiten Ventil zu ermöglichen. Demgegenüber sorgt das Rückschlagventil dann auch dafür, dass ein Rückfluss aus der zweiten Kammer hin zur vierten Öffnung blockiert ist.
Die nunmehr vorgestellte erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine mit nur wenigen Bauteilen auskommende und insgesamt einfach anzusteuernde Ausgestaltung. Durch die Nutzung des über das zu leitende Fluid vorhandenen oder erzeugbaren Drucks ist ein überaus minimalistischer Aufbau eines 2-WegeVentils möglich bei gleichzeitig voller Ansteuerbarkeit. Durch entsprechend Kombination der Anordnung mit wenigstens einer weiteren solchen Anordnung sind auch darüber hinausgehende mehrwegige Ausgestaltungen denkbar.
Weiterhin ist die Erfindung auf ein Manipulationssystem gerichtet, das eine wie zuvor beschriebene erfindungsgemäße Anordnung sowie eine Pumpe und den Fluidaktuator umfasst, der bevorzugt ein Expansionskörper ist.. Die Pumpe ist dabei mit einer vierten Öffnung des Grundkörpers der Anordnung fluidleitend verbunden, während der Expansionskörper mit einer zweiten Öffnung des Grundkörpers der Anordnung fluidleitend verbunden ist.
Die meisten der sich hieraus ergebenden Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit der Vorstellung der erfindungsgemä-ßen Anordnung näher erläutert, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle zunächst auf die entsprechenden Ausführungen hierzu verwiesen wird. Über die Eigenschaft des Förderns des Fluids hinaus kann die Pumpe gleichzeitig dazu genutzt werden, die Ventile über eine Veränderung des jeweilige Druckwerts des Fluids anzusteuern. Auf diese Weise lässt sich eine überaus einfache, mit nur wenigen Mitteln und dabei voll kontrollierbare Größenveränderung des Fluidaktuators erreichen.
Dank der nur wenig Bauraum benötigenden Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung und/oder des erfindungsgemäßen Manipulationssystems ist eine einfache Integration beispielsweise in einen Sitz, z.B. Kraftfahrzeugsitz, realisierbar.
Letztlich ist die Erfindung auch auf ein Verfahren gerichtet, welches der Manipulation des Flusses eines Fluids mit dem beschriebenen, erfindungsgemäßen Manipulationssystem dient. Dieses sieht vor, dass wenigstens ein zur Herstellung und/ oder Unterbrechung einer fluidleitenden Verbindung zwischen den Öffnungen des Grundkörpers der Anordnung vorgesehenes Mittel, bevorzugt Ventil, mit dem zu leitenden Fluid beaufschlagt und in Abhängigkeit eines über die Pumpe einstellbaren Druckwerts des Fluids betätigt wird.
Die sich hieraus ergebenden Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit der Vorstellung der Anordnung und des Manipulationssystems näher erläutert, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle auf die entsprechenden Ausführungen hierzu verwiesen wird.
Zum Weiterleiten des über die Pumpe durch eine vierte Öffnung des Grundkörpers der Anordnung in diesen eingeleiteten Fluids in den Fluidaktuator ist bevorzugt vorgesehen, dass der Druck des Fluids bis zum Erreichen eines in einem zweiten Druckbereich liegenden Druckwerts durch eine Leistungserhöhung der Pumpe erhöht werden kann. Hierdurch werden sowohl eine erste Öffnung des Grundkörpers durch das erste Ventil als auch eine dritte Öffnung des Grundkörpers durch ein drittes Ventil unter gleichzeitiger Herstellung einer fluidleitenden Verbindung zwischen den beiden Kammern des Grundkörpers verschlossen, während ein zweites Ventil durch das dann mit einem im zweiten Druckbereich liegenden Druckwert an diesem anliegende Fluid geöffnet wird und das Fluid so durch die eine Öffnung des Grundkörpers hindurch in den Fluidaktuator strömt.
Zum Halten des in den Fluidaktuator eingeleiteten Fluids wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die erste Öffnung des Grundkörpers durch das erste Ventil geöffnet wird und sowohl die mit dem Fluidaktuator fluidleitend verbundene zweite Öffnung des Grundkörpers durch das zweite Ventil als auch die dritte Öffnung des Grundkörpers durch das dritte Ventil unter gleichzeitiger Unterbrechung einer fluidleitenden Verbindung zwischen den beiden Kammern des Grundkörpers verschlossen werden. Hierzu wird der Druck des Fluids durch eine Leistungssenkung der Pumpe auf einen unterhalb eines ersten Druckbereichs gelegenen Druckwert abgesenkt.
Um das in dem Fluidaktuator vorhandene Fluid wenigstens teilweise über die erste Öffnung des Grundkörpers auszuleiten, sieht eine bevorzugte Maßnahme vor, dass sowohl das erste Ventil als auch das dritte Ventil der dritten Öffnung unter gleichzeitiger Unterbrechung einer fluidleitenden Verbindung zwischen den beiden Kammern des Grundkörpers bedarfsweise geöffnet werden, während das zweite Ventil der mit dem Fluidaktuator fluidleitend verbundenen zweiten Öffnung des Grundkörpers geöffnet wird. Bedarfsweise meint hierbei, dass das Ausleiten entweder unmittelbar im Anschluss an das Weiterleiten des Fluids in den Fluidaktuator oder aber auf das Halten des Fluids innerhalb des Fluidaktuators erfolgen kann. Im ersten Fall ist die Pumpe noch derart aktiv, dass der Druckwert des Fluids im gegenüber dem ersten Druckbereich höheren zweiten Druckbereich liegt, so dass zumindest einige der hierdurch angesteuerten Ventile wieder in ihre Grundstellung gebracht werden müssen, indem der Druck des Fluids durch eine Leistungssenkung der Pumpe von einem im zweiten Druckbereich liegenden Druckwert auf einen im ersten Druckbereich gelegenen Druckwert abgesenkt wird. Im zweiten Fall befinden sich diese Ventile - aufgrund des Stillstandes oder einer unterhalb des zum Aufbau eines innerhalb des ersten Druckbereichs gelegenen Druckwerts Aktivität der Pumpe - bereits in ihrer Grundstellung, so dass der Druck des Fluids durch eine Leistungserhöhung der Pumpe auf einen im ersten Druckbereich liegenden Druckwert angehoben wird.
Nachfolgend wird Erfindung anhand eines in den Zeichnungen nur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 - ein erfindungsgemäßes Manipulationssystem mit einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer geschnittenen Darstellungsweise,
2 - das Manipulationssystem aus 1 in einer zum zumindest teilweisen Aufblasen eines Fluidaktuators dienenden Stellung der Komponenten seiner Anordnung in gleicher Darstellungsweise,
3 - das Manipulationssystem aus 1 und 2 in einer zum Halten des aufgeblasenen Zustands seines Fluidaktuators dienenden Stellung seiner Komponenten in ansonsten gleicher Darstellungsweise,
4 - das Manipulationssystem aus 1 bis 3 in einer zum Ausleiten des den aufgeblasen Zustands seines Fluidaktuators bewirkenden Fluids dienenden Stellung seiner Komponenten in ansonsten gleicher Darstellungsweise.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Manipulationssystem 1 in einer schematischen Seitenansicht. Das Manipulationssystem 1 umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung 2 sowie eine Pumpe 3 und einen Fluidaktuator 4. Erkennbar sind die einzelnen Teile des Manipulationssystems 1 geschnitten dargestellt, um zumindest die einzelnen Komponenten der Anordnung 2 sowie deren Lage zu verdeutlichen.
Die Anordnung 2 weist einen Grundkörper 5 auf, welcher einen Raum 6 besitzt, der durch ein - hier rein beispielhaft - wandartig ausgestaltetes Trennelement 7 in eine erste Kammer 8 und in eine zweite Kammer 9 geteilt ist. Weiterhin besitzt der Grundkörper 5 insgesamt vier Öffnungen 10 - 13, von denen sowohl die mit Bezug auf die Darstellung in 1 links gelegene erste Öffnung 10 als auch die zwischen denen sich rechts von der ersten Öffnung 10 aufeinander folgend gelegenen zweiten Öffnung 11 und vierten Öffnung 13 angeordnete dritte Öffnung 12 den Grundkörper 5 mit der ihn umgebenden Umgebung U verbinden. Der ersten Öffnung 10 ist ein erstes Ventil 14 zugeordnet, während der zweiten Öffnung 11 ein zweites Ventil 15 zugeordnet ist. Das erste Ventil 14 und das zweite Ventil 15 dienen dazu, die erste Öffnung 10 und die zweite Öffnung 11 wahlweise zu schließen oder zu öffnen. Demgegenüber hat ein der dritten Öffnung 12 zugeordnetes drittes Ventil 16 eine nachfolgend noch näher beschriebene Doppelfunktion. Jedes der Ventile 14 - 16 besitzt einen Ventilkörper 14a - 16a, welcher jeweils durch eine die beiden Kammern 8, 9 gegeneinander dichtende Haltemembran 14b - 16b in dem Trennelement 7 beweglich gelagert ist. Weiterhin ist jeder dieser Ventilkörper 14a - 16a mit einer innerhalb der ersten Kammer 8 angeordneten Antriebsmembran 14c - 16c gekoppelt. Ersichtlich weist jede dieser Antriebsmembranen 14c - 16c eine gegenüber der ihr zugehörigen Haltemembran 14b - 16b größere Fläche auf. Letztlich besitzt jedes Ventil 14 - 16 ein Federelement 14d - 16d, durch welches der jeweils zugehörige Ventilkörper 14a - 16a mit einer Federkraft belastet ist. Vorliegend ist der Aufbau rein beispielhaft so gewählt, dass die einzelnen Federelemente 14d - 16d eine Zugkraft auf den zugehörigen Ventilkörper 14a - 16a ausüben.
Ein Ausgang der Pumpe 3 ist mit der vierten Öffnung 13 des Grundkörpers 5 fluidleitend verbunden. Die Verbindung ist vorliegend durch unterbrochene schwarze Linien angedeutet. Weiterhin ist der Fluidaktuator 4 mit der zweiten Öffnung 11 des Grundkörpers 5 fluidleitend verbunden. Diese Verbindung ist vorliegend ebenfalls durch unterbrochene schwarze Linien angedeutet. Innerhalb der zweiten Kammer 9 des Grundkörpers 5 ist ein Rückschlagventil 17 angeordnet.
2 ist eine Stellung der Komponenten der Anordnung 2 zu entnehmen, welche dem zumindest teilweisen Aufblasen des Fluidaktuators 4 dient. Hierzu wird Fluid über die vierte Öffnung 13 in den Grundkörper 5 eingeleitet, indem die Pumpe 3 in nicht näher dargestellter Weise aktiviert wurde. Der Weg des Fluids innerhalb des Grundkörpers 5 ist durch schwarze Pfeile mit unterbrochenen Linien angedeutet. Das Fluid gelangt zunächst in die erste Kammer 8, wo es auf die Flächen der einzelnen Antriebsmembranen 14c - 16c jedes Ventils 14 - 16 trifft. Die Leistung der Pumpe 3 wird dabei so hoch angesetzt, dass das Fluid einen innerhalb eines zweiten Druckbereichs R2 liegenden Druckwert erreicht. Als Folge der sich aus dem Druck auf die Flächen der einzelnen Antriebsmembranen 14c - 16c ergebenden Kräfte werden diese allesamt entgegen der Rückhaltekraft des jeweiligen Federelements 14d - 16d bewegt.
Konkret wurde hierdurch das zuvor über sein erstes Federelement 14d in seiner Grundstellung OP1 gehaltene und dabei die ihm zugehörige erste Öffnung 10 offen haltende erste Ventil 14 in eine die erste Öffnung 10 schließende Schaltstellung CP1 überführt. Mit anderen Worten wurde hierbei der erste Ventilkörper 14a des ersten Ventils 14 entgegen der Rückstellkraft des ersten Federelements 14d von der Grundstellung OP1 in die Schaltstellung CP1 verlagert. Zudem wurde das zuvor über sein Federelement 15d in seiner Grundstellung CP2 gehaltene und dabei die ihm zugehörige zweite Öffnung 11 geschlossen haltende zweite Ventil 15 in eine die zweite Öffnung 15 öffnende Schaltstellung OP2 überführt. Mit anderen Worten wurde auch hier der zweite Ventilkörper 15a entgegen der Rückstellkraft des zweiten Federelements 15d des zweiten Ventils 15 von der Grundstellung CP2 in die Schaltstellung OP2 verlagert. Letztlich wurde auch das zuvor über sein Federelement 16d in seiner ersten Schaltstellung SPa3 gehaltene und dabei sowohl die ihm zugehörige dritte Öffnung 12 geöffnet haltende als auch die erste Kammer 8 und die zweite Kammer 9 fluiddicht voneinander trennende dritte Ventil 16 in eine die dritte Öffnung 16 verschließende und die beiden Kammern 8, 9 fluidleitend miteinander verbindende zweite Schaltstellung SPb3 überführt. Mit anderen Worten wurde dabei der dritte Ventilkörper 16a entgegen der Rückstellkraft des dritten Federelements 16d des dritten Ventils 16 von der ersten Schaltstellung SPa3 in die zweite Schaltstellung SPb3 verlagert.
Im Ergebnis gelangt nun das durch die Pumpe 3 geförderte und mit seinem Druck die einzelnen Schaltzustände der Ventile 14 - 16 verursachende Fluid weiter über das in seiner zweiten Schaltstellung SPb3 die beiden Kammern 8, 9 miteinander verbindende dritte Ventil 16 hin zum zweiten Ventil 15, welches aufgrund seiner eingenommenen Schaltstellung OP2 eine Weiterleitung des Fluids hinein in den Fluidaktuator 4 ermöglicht, so dass sich dieser mit Fluid füllt und entsprechend expandiert (durch unterbrochene schwarze Linien angedeutet).
3 verdeutlicht die Stellung der Komponenten der Ventilanordnung 2, in der das in den Fluidaktuator 4 eingeleitete Fluid in diesem gehalten wird. Hierzu wurde die Aktivität der Pumpe 3 unterbrochen, so dass der Fluiddruck auf die Antriebsmembranen 14c - 16c insoweit entfallen ist, dass alle Ventile 14 - 16 über ihr zugehöriges Federelement 14d - 16d in ihre Ausgangsstellung zurück überführt wurden.
Grundsätzlich ist diese Stellung der Ventile 14 - 16 auch dadurch erreichbar, dass die Leistung der Pumpe 3 so weit herabgesetzt wird, dass der weiter auf die Antriebsmembranen 14c - 16c wirkende Fluiddruck nicht mehr ausreicht, um die Ventilkörper 14a - 16a der Ventile 14 - 16 entgegen der jeweiligen Rückstellkraft des zugehörigen Federelements 14d - 16d in seiner verlagerten Position zu halten. Hierzu ist eine entsprechende Anpassung der in dieser Stellung offenen dritten Öffnung 13 notwendig, um den hierüber erfolgenden Verlust an Fluid auf das notwendige Minimum anzupassen.
Wie zu erkennen, haben das erste Ventil 14 und das zweite Ventil 15 nun wieder ihre jeweilige Grundstellung OP1, CP2 eingenommen, während das dritte Ventil 16 wieder von seiner zweiten Schaltstellung SPb3 in seine erste Schaltstellung SPa3 überführt wurde. Die Grundstellung CP2 des zweiten Ventils 15 bewirkt, dass die ihm zugehörige zweite Öffnung 15 verschlossen ist, so dass das in dem Fluidaktuator 4 vorhandene Fluid in diesem gehalten wird.
4 ist die Stellung der Komponenten der Anordnung 2 zu entnehmen, in der das in den Fluidaktuator 4 eingeleitete Fluid zumindest teilweise aus diesem entleert wird. Hierzu wurde die Pumpe 3 aktiviert, wobei deren Leistung so eingestellt ist, dass der Druckwert des Fluids innerhalb eines unterhalb des zweiten Druckbereichs R2 gelegenen ersten Druckbereichs R1 liegt. Durch eine entsprechende geringere Rückstellkraft des zweiten Federelements 15d des zweiten Ventils 15 gegenüber den Federelementen 14d, 16d des ersten Ventils 14 und des dritten Ventils 16 oder/und eine entsprechend kleinere Fläche der zweiten Antriebsmembran 15c des zweiten Ventils 15 gegenüber den Flächen der ersten Antriebsmembran 14c und der dritten Antriebsmembran 16c des ersten Ventils 14 und des dritten Ventils 16 wird hierdurch nur der zweite Ventilkörper 15a des zweiten Ventils 15 verlagert, während die Ventilkörper 14a, 16a des ersten Ventils 14 und des dritten Ventils 16 in ihrer Grundstellung OP1 beziehungsweise ersten Schaltstellung SPa3 verbleiben. Durch das somit geöffnete zweite Ventil 15 gelangt das Fluid aus dem Fluidaktuator 4 heraus über die zweite Öffnung 11 in die zweite Kammer 9 des Grundkörpers 5. Durch das Rückschlagventil 17 ist ihm der Weg zum dritten Ventil 16 hin versperrt, während der Weg zum geöffneten ersten Ventil 14 hin frei ist, so dass das Fluid über die geöffnete erste Öffnung 10 zumindest teilweise in die Umgebung U entweichen kann. In der Folge nimmt das Volumen des Fluidaktuators 4 wieder ab (durch unterbrochene schwarze Linien angedeutet).
Bezugszeichenliste

1: Manipulationssystem
2: Anordnung von 1
3: Pumpe von 1
4: Fluidaktuator von 1
5: Grundkörper von 2
6: Raum in 5
7: Trennelement in 6
8: erste Kammer von 6
9: zweite Kammer von 6
10: erste Öffnung von 5
11: zweite Öffnung von 5
12: dritte Öffnung von 5
13: vierte Öffnung von 5
14: erstes Ventil von 2
14a: erster Ventilkörper von 14
14b: erste Haltemembran von 14
14c: erste Antriebsmembran von 14
14d: erstes Federelement von 14
15: zweites Ventil von 2
15a: zweiter Ventilkörper von 15
15b: zweite Haltemembran von 15
15c: zweite Antriebsmembran von 15
15d: zweites Federelement von 15
16: drittes Ventil von 2
16a: dritter Ventilkörper von 16
16b: dritte Haltemembran von 16
16c: dritte Antriebsmembran von 16
16d: drittes Federelement von 16
17: Rückschlagventil von 2
CP1: geschlossene Schaltstellung von 14
CP2: geschlossene Grundstellung von 15
OP1: offene Grundstellung von 14
OP2: offene Schaltstellung von 15
SPa3: erste Schaltstellung von 16
SPb3: zweite Schaltstellung von 16
R1: erster Druckbereich < R2
R2: zweiter Druckbereich > R1
U: Umgebung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4840347 A [0004]
EP 1377807 A1 [0005]
EP 1276651 A1 [0007]
US 2009/0153269 A1 [0008]
EP 2964986 A1 [0009]

Claims

Anordnung (2) zur Manipulation des Flusses eines Fluids in einen Fluidaktuator (4), bevorzugt den eines Sitzes, hinein und heraus, wobei die Anordnung (2) einen Grundkörper (5) mit einer zum Einleiten des Fluids in den Grundkörper (5) ausgebildeten Öffnung (13) sowie wenigstens einer zum Weiterleiten oder/und Ausleiten des in den Grundkörper (5) eingeleiteten Fluids vorgesehenen weiteren Öffnung (10 - 12) umfasst, wobei Mittel zur Herstellung und/oder Unterbrechung einer fluidleitenden Verbindung zwischen den Öffnungen (10 - 13) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel solche Mittel (14, 15) umfassen, die mit einem Druck des zu leitenden Fluids beaufschlagbar und derart ausgestaltet sind, dass in einem ersten Druckbereich (R1) des Fluids das aus dem Fluidaktuator (4) in den Grundkörper (5) eintretende Fluid über eine der Öffnungen (10) aus dem Grundkörper (5) an die Umgebung ausgeleitet wird und in einem gegenüber dem ersten Druckbereich (R1) höheren zweiten Druckbereich (R2) des Fluids das in den Grundkörper (5) eingeleitete Fluid in den Fluidaktuator (4) eingeleitet wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein in seiner Grundstellung (OP1) geöffnetes erstes Ventil (14) und ein in seiner Grundstellung (CP2) geschlossenes zweites Ventil (15) umfassen, wobei die Ventile (14, 15) mit einem Druck des zu leitenden Fluids beaufschlagbar und derart ausgestaltet sind, dass in einem ersten Druckbereich (R1) des Fluids das erste Ventil (14) in seiner geöffneten Grundstellung (OP1) verbleibt und das zweite Ventil (15) von seiner geschlossenen Grundstellung (CP2) in eine geöffnete Schaltstellung (OP2) überführt ist, während in einem gegenüber dem ersten Druckbereich (R1) höheren zweiten Druckbereich (R2) des Fluids das zweite Ventil (15) in seiner geöffneten Schaltstellung (OP2) verbleibt oder in diese überführt ist und das erste Ventil (14) von seiner geöffneten Grundstellung (OP1) in eine demgegenüber geschlossene Schaltstellung (CP1) überführt ist.
Anordnung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (14) zum Öffnen und Schließen der zum Ausleiten des in den Grundkörper (5) eingeleiteten Fluids vorgesehenen ersten Öffnung (10) ausgebildet ist.
Anordnung (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (15) zum Öffnen und Schließen einer zum Weiterleiten des in den Grundkörper (5) eingeleiteten Fluids vorgesehenen zweiten Öffnung (11) ausgebildet ist.
Anordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein mit dem Druck des zu leitenden Fluids beaufschlagbares drittes Ventil (16) umfassen, welches zum Öffnen und Schließen einer zum Ausleiten des in den Grundkörper (5) eingeleiteten Fluids vorgesehenen dritten Öffnung (12) ausgebildet ist, wobei das dritte Ventil (16) unterhalb des oder im ersten Druckbereich (R1) des Fluids in einer die dritte Öffnung (12) öffnenden ersten Schaltstellung (SPa3) verbleibt und im zweiten Druckbereich (R2) des Fluids von seiner ersten Schaltstellung (SPa3) in eine die dritte Öffnung (12) verschließende zweite Schaltstellung (SPb3) überführt ist.
Anordnung (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (5) einen durch ein Trennelement (7) in eine erste Kammer (8) und in eine zweite Kammer (9) geteilten Raum (6) besitzt, wobei die erste Kammer (8) mit der zum Einleiten des Fluids in den Grundkörper (5) ausgebildeten vierten Öffnung (13) dauerhaft fluidleitend verbunden ist, während wenigstens die erste Öffnung (10) durch das ihr zugehörige erste Ventil (14) und die zweite Öffnung (11) durch das ihr zugehörige zweite Ventil (15) gleichzeitig oder abwechselnd mit der zweiten Kammer (9) fluidleitend verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung (SPa3) des dritten Ventils (16) die erste Kammer (8) und die zweite Kammer (9) fluiddicht voneinander getrennt sind, während in der zweiten Schaltstellung (SPb3) des dritten Ventils (16) die erste Kammer (8) und die zweite Kammer (9) fluidleitend miteinander verbunden sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Ventile (14 - 16) durch ein Federelement (14d - 16d) in einer seiner möglichen Stellungen gehalten ist und im ersten Druckbereich (R1) oder/und im zweiten Druckbereich (R2) des Fluids nur gegen eine Rückstellkraft des Federelements (14d - 16d) in seine andere mögliche Stellung veränderbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Ventile (14 - 16) einen Ventilkörper (14a - 16a) besitzt, welcher durch eine die beiden Kammern (8, 9) gegeneinander dichtende Haltemembran (14b - 16b) in dem Trennelement (7) beweglich gelagert ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (14a - 16a) mit einer innerhalb der ersten Kammer (8) angeordneten Antriebsmembran (14c -16c) gekoppelt ist, wobei die Antriebsmembran (14c - 16c) eine gegenüber der Haltemembran (14b - 16b) größere mit Druck des zu leitenden Fluids beaufschlagbare Fläche aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch, ein innerhalb der zweiten Kammer (9) angeordnetes Rückschlagventil (17), welches dazu ausgebildet ist, den Fluss des über die vierte Öffnung (13) in den Grundkörper (5) eingeleiteten sowie durch das in seiner zweiten Schaltstellung (SPb3) befindliche dritte Ventil (12) in die zweite Kammer (9) hin zum zweiten Ventil (15) zu ermöglichen und einen Rückfluss aus der zweiten Kammer (9) hin zur vierten Öffnung (13) zu blockieren.
Manipulationssystem (1), umfassend eine Anordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine Pumpe (3), welche mit einer vierten Öffnung (13) des Grundkörpers (5) der Anordnung (2) fluidleitend verbunden ist, wobei der Fluidaktuator (4), bevorzugt einen Expansionskörper, mit einer zweiten Öffnung (11) des Grundkörpers (5) der Anordnung (2) fluidleitend verbunden ist.
Verfahren zur Manipulation des Flusses eines Fluids mit einem Manipulationssystem (1) nach Anspruch 12, wobei wenigstens ein zur Herstellung und/oder Unterbrechung einer fluidleitenden Verbindung zwischen den Öffnungen (10 - 13) des Grundkörpers (5) der Anordnung (2) vorgesehenes Mittel (14 - 16), bevorzugt Ventil, mit dem zu leitenden Fluid beaufschlagt und in Abhängigkeit eines über die Pumpe (3) einstellbaren Druckwerts des Fluids betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Weiterleiten des über die Pumpe (3) durch eine vierte Öffnung (13) des Grundkörpers (5) der Anordnung (2) in diesen eingeleiteten Fluids in den Fluidaktuator (4) der Druck des Fluids bis zum Erreichen eines in einem zweiten Druckbereich (R2) liegenden Druckwerts durch eine Leistungserhöhung der Pumpe (3) erhöht wird, um sowohl eine erste Öffnung (10) des Grundkörpers (5) durch ein erstes Ventil (14) als auch eine dritte Öffnung (12) des Grundkörpers (5) durch ein drittes Ventil (16) unter gleichzeitiger Herstellung einer fluidleitenden Verbindung zwischen den beiden Kammern (8, 9) des Grundkörpers (5) zu verschließen, während ein zweites Ventil (15) durch das dann mit einem im zweiten Druckbereich (R2) liegenden Druckwert an diesem anliegende Fluid geöffnet wird und das Fluid so durch eine zweite Öffnung (11) des Grundkörpers (5) hindurch in den Fluidaktuator (4) strömt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Halten des in den Fluidaktuator (4) eingeleiteten Fluids die erste Öffnung (10) des Grundkörpers (5) durch das erste Ventil (14) geöffnet und sowohl die mit dem Fluidaktuator (4) fluidleitend verbundene zweite Öffnung (11) des Grundkörpers (5) durch das zweite Ventil (15) als auch die dritte Öffnung (12) des Grundkörpers (5) durch das dritte Ventil (16) unter gleichzeitiger Unterbrechung einer fluidleitenden Verbindung zwischen den beiden Kammern (8, 9) des Grundkörpers (5) verschlossen werden, indem der Druck des Fluids durch eine Leistungssenkung der Pumpe (3) auf einen unterhalb eines ersten Druckbereichs (R1) gelegenen Druckwert abgesenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum wenigstens teilweisen Ausleiten des in dem Fluidaktuator (4) vorhandenen Fluids über die erste Öffnung (10) des Grundkörpers (5) sowohl das erste Ventil (14) als auch das dritte Ventil (16) der dritten Öffnung (12) unter gleichzeitiger Unterbrechung einer fluidleitende Verbindung zwischen den beiden Kammern (8, 9) des Grundkörpers (5) bedarfsweise geöffnet werden und das zweite Ventil (15) der mit dem Fluidaktuator (4) fluidleitend verbundenen zweiten Öffnung (11) des Grundkörpers (5) geöffnet wird, indem der Druck des Fluids durch eine Leistungssenkung der Pumpe (3) von einem im zweiten Druckbereich (R2) liegenden Druckwert auf einen im ersten Druckbereich (R1) gelegenen Druckwert abgesenkt oder durch eine Leistungserhöhung der Pumpe (3) auf einen im ersten Druckbereich (R1) liegenden Druckwert angehoben wird.