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Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Ventil, mit einem Gehäuse, in dem eine Luftkammer mit einer Zufuhröffnung zur Zufuhr von Druckluft in die Luftkammer, einer Verbindungsöffnung zur Verbindung der Luftkammer mit einem Luftkissen und einer Ablassöffnung zum Ablassen von Druckluft aus der Luftkammer ausgebildet ist, wobei in dem Gehäuse ein Aktor mit einem beweglichen Schließelement angeordnet ist, wobei das Schließelement mit einem die Ablassöffnung durchragenden Stößel, an dessen in die Luftkammer ragendem Abschnitt eine Platte ausgebildet ist, an der ein erstes Dichtelement zum Verschließen der Ablassöffnung angeordnet ist, und mit einem dieses im aktivierten Zustand des pneumatischen Ventils gegen die Ablassöffnung drückenden elastischen Element gebildet ist. Der Aktor weist ferner auf eine Leiterplatte, ein Betätigungselement, das einen Betätigungsabschnitt zum Einwirken auf den Stößel und einen mit dem Betätigungsabschnitt und der Leiterplatte verbundenen Biegeabschnitt aufweist, und ein Aktorelement, das ein erstes Ende, das mechanisch mit dem Betätigungsabschnitt verbunden ist, und ein zweites Ende, das mechanisch und elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist, aufweist, wobei das Aktorelement dazu ausgebildet ist, in einem unbestromten Zustand das Betätigungselement in einen ersten Zustand zu bringen, in dem es den Stößel gegen die Zufuhröffnung drückt, und in einem bestromten Zustand das Betätigungselement in einen zweiten Zustand zu bringen, in dem der Betätigungsabschnitt keine Kraft auf den Stößel ausübt, so dass aufgrund der Wirkung des elastischen Elements die Ablassöffnung durch das erste Dichtelement verschlossen wird.
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Ein solches pneumatisches Ventil ist aus der
DE 10 2018 216 874 A1 , der
DE 10 2018 216 876 A1 und auch aus der
DE 10 2019 208 051 A1 bekannt. Bei diesen Ventilen entleeren sich allerdings an die Verbindungsöffnung angeschlossene Fluidblasen oder Luftkissen im aktivierten Zustand der Ventile, wenn es einen Druckabfall an der Zufuhröffnung gibt, beispielsweise, wenn der Kompressor abgeschaltet wird, da eine offene Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung und der Zufuhröffnung besteht.
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In Verkehrsmitteln werden befüllbare, elastische Kissen zur Formung von Sitzkonturen eingesetzt. Die elastischen Kissen werden dafür in der Regel mit Luft gefüllt. Zur Steuerung der Luft werden elektrisch betätigte Ventile verwendet. Die Kissen lassen sich durch periodische Befüllung und Entleerung auch für eine Massagefunktion einsetzen. Für die Funktion der Massage werden zwei oder mehr Luftkissen angesteuert, die sich voneinander unabhängig verstellen lassen oder auch in einem gefüllten Zustand verbleiben können, während andere Kissen befüllt oder entlüftet werden. Aufgrund der verglichen mit einer Konturenverstellung kurzen Haltedauer der Luft in einem Kissen bei einer Massageverwendung (wenige Sekunden bis ca. 10 min), werden dafür meist NO-Ventile („normally open“) eingesetzt, die sich in unbetätigtem Zustand in Entlüftungsstellung befinden.
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Zunehmend werden auch Fahrzeuge der mittleren und unteren Klasse mit derartigen Systemen ausgestattet. Daher wird eine möglichst kostengünstige Ausführung benötigt. Gleichzeitig werden Fahrzeuge gewichtssparend konstruiert, um Umwelt- und Verbrauchsvorgaben zu erfüllen. Dies führt u.a. zu einer kompakteren Bauweise von Sitzen. Damit müssen auch die darin verbauten Komponenten verkleinert werden.
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In vielen Ausführungen wie z.B. für pneumatische Lordosenstützen werden für jedes in einem Fahrzeugsitz verbaute Kissen unabhängige 2/2-Ventile für Befüllen und Entlüften verwendet; folglich benötigt jedes Kissen zwei Ventil-Aktoren. Alternativ können dafür statt zwei 2/2-Ventilen auch eine Kombination wie z.B. 3/3- oder 3/4-Ventile eingesetzt werden (mit ebenfalls zwei Aktoren). Als Aktoren für pneumatische Ventile werden zunehmend Formgedächtniselemente (shape memory alloy - SMA) eingesetzt, die eine besonders hohe Leistungsdichte aufweisen.
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Die
DE 10 2013 220 563 A1 beschreibt eine Lösung, bei der die Kissen in mehrere Gruppen aufgeteilt werden, welche jeweils ein 2/2- oder 3/2-Vorsteuerventil benutzen, hierdurch ergibt sich eine - allerdings eingeschränkte - Unabhängigkeit. Dann genügt für jedes Kissen ein weiteres 2/2-Ventil. So können Kissen aus voneinander verschiedenen Gruppen unabhängig verstellt werden.
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In der
EP 2 361 800 B1 ist eine pneumatische Verschaltung offenbart, welche 3/2-Schaltventile mit vorgelagerten Rückschlagventilen verwendet. Dadurch lässt sich die Anzahl der benötigten Ventil-Aktoren halbieren. Die Rückschlagventile und die Schaltventile sind hierbei eigenständige Komponenten, die durch zusätzliche Verbindungs-Bauteile miteinander verbunden werden. Die Anordnung ist in einem Kompressorgehäuse integriert.
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Die
DE 10 2017 213 736 B3 zeigt eine Weiterentwicklung davon, bei der das Rückschlagventil als Teil des elektromagnetischen Schaltventils ausgeführt ist und bei Betätigung fest schließt.
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Die
DE 10 2011 102 701 B4 beschreibt einen Ventilblock mit Überdruckventil, welches separat aber mit gleichartigen Bauteilen wie die Schaltventile aufgebaut ist.
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Die
DE 10 2017 213 744 B3 beschreibt ein NC-Ventil (NC; normally closed) mit integriertem Rückschlagventil, welches bei Betätigung fest schließt. Der zugehörige SMA-Aktor liegt im Druckbereich des Arbeitsanschlusses (Kissen).
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Die
DE 10 2018 112 090 A1 setzt als leichten und kompakten Ventilaktor einen Formgedächtnis-Draht ein. Zudem wird hier ein Rückschlagventil in Form einer elastischen Scheibe verwendet, welche auf der gegenüberliegenden Seite des Befüll-Ventilsitzes angeordnet ist. SMA-Aktor und Leiterplatte liegen hierbei im Druckbereich des Zuluftkanals.
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In der nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung
10 2022 202 438.9 ist ein Massageventil mit SMA-Aktor gezeigt, der ebenfalls außerhalb des Druckraumes angeordnet ist. Das der Zufuhröffnung zugeordnete Dichtelement wird gleichzeitig als Rückschlagventil genutzt. Nachteilig hierbei ist, dass der Ventilsitz des Dichtelements an der Ablassöffnung zum Abdichten eine höhere Federkraft benötigt, der Ventilsitz an der Zufuhröffnung dagegen eine geringe Federkraft, um den Öffnungsdruck am Zufuhr- bzw. Rückschlagventil beim Befüllen eines Kissens durch Zufuhr von Druckluft zu minimieren.
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In einer dortigen ersten Variante wirkt die Federkraft nur auf das Dichtelement an der Ablassöffnung, also auf das Entlüftventil, während das Dichtelement an der Zufuhröffnung, also das integrierte Rückschlagventil im betätigten Zustand des Aktors nahezu kraftfrei ist. Dies bewirkt eine hohe Leckage am Rückschlagventil, insbesondere bei nachlassender Material-Eigenspannung des Dichtelements und bei geringem Luftdruck im zu befüllenden Kissen.
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In einer zweiten Variante wirkt das als Feder ausgebildete elastische Element gleichzeitig auch auf das Rückschlagventil. Dabei resultiert die zum sicheren Abdichten erforderliche Dichtlinienkraft in einen Öffnungsdruck bzw. einen Druckverlust beim Befüllen, welcher im Bereich des Arbeitsdruckes liegt. Bei einer Kraft von 0,1 N und einem angenommenen Düsenumfang von 5 mm beträgt die Dichtlinienkraft 0,1 N / 5 mm = 0,02 N/mm. Bei einer Düsenfläche von 2 mm2 entspricht dies einem Öffnungsdruck von 0,1 N / 2 mm2 = 500 hPa. Dies reduziert den Wirkungsgrad der Anordnung, da dieser Druck von der Druckversorgung zusätzlich aufgebracht werden muss. Wird die Feder hingegen mit sehr geringer Kraft ausgelegt, ist im betätigten Zustand des Aktuators auch die Leckage am Entlüftventil erheblich.
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Als Abhilfe müssten zwei unterschiedlich starke Federelemente verwendet werden (also z.B. eine Kombination der beiden Ausführungen.), was zu zusätzlichen Bauteil- und Montagekosten führen würde.
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In der ebenfalls nicht vorveröffentlichten
DE 10 2021 203 190 A1 ist das Aktorelement dazu ausgebildet, in einem bestromten Zustand das Betätigungselement in einen ersten Zustand zu bringen, in dem es den Stößel gegen die Zufuhröffnung drückt, und in einem unbestromten Zustand das Betätigungselement in einen zweiten Zustand zu bringen, in dem der Betätigungsabschnitt keine Kraft auf den Stößel ausübt, so dass aufgrund der Wirkung des elastischen Elements die Ablassöffnung durch das erste Dichtelement verschlossen wird. Allerdings wird hierdurch nur ein Entweichen von Druckluft im nicht-aktivierten Zustand des Ventils verhindert.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein pneumatisches NO-Ventil mit einem im Umgebungsdruck liegenden SMA-Aktor und integriertem Rückschlagventil zur weitgehend unabhängigen Ansteuerung mehrerer Massage-Luftkissen anzugeben, das möglichst einfach, raumsparend und kostengünstig ist. Dabei sollen gleichzeitig der Öffnungsdruck beim Durchströmen des Rückschlagventils also auch die Leckage an der Ablassöffnung minimiert werden, ohne die Anzahl benötigter Bauteile zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird durch ein pneumatisches Ventil nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Demnach ist bei einem gattungsgemäßen pneumatischen Ventil in der Luftkammer ein zweites Dichtelement angeordnet, das im unbestromten Zustand des Aktorelements die Zufuhröffnung verschließt und im bestromten Zustand des Aktorelements, im Falle einer positiven Druckdifferenz zwischen dem Druck an der Zufuhröffnung und dem Druck an der Verbindungsöffnung die Zufuhröffnung freigibt und im Falle einer nicht-positiven Druckdifferenz zwischen dem Druck an der Zufuhröffnung und dem Druck an der Verbindungsöffnung die Zufuhröffnung verschließt. Durch das zweite Dichtelement in der Luftkammer wird also auf einfache Weise ein integriertes Rückschlagventil realisiert. Außerdem ist in der Luftkammer ein drittes Dichtelement angeordnet, das mit dem zweiten Dichtelement elastisch verbunden ist und in einer Strömungsrichtung der Druckluft von der Zufuhröffnung zur Verbindungsöffnung dem zweiten Dichtelement nachgelagert ist, wobei das elastische Element direkt auf das dritte Dichtelement und über die elastische Verbindung auf das zweite Dichtelement wirkt. Das dritte Dichtelement verschließt im Falle einer nicht-positiven Druckdifferenz zwischen dem Druck an der Zufuhröffnung und dem Druck an der Verbindungsöffnung ebenfalls die Zufuhröffnung.
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Bei betätigtem Ventil verhindert oder zumindest minimiert das durch das dritte Dichtelement realisierte Rückschlagventil eine entgegen der Luftkissenbefüllrichtung gerichtete Strömung. Das Rückschlagventil ist so angeordnet, dass es bei betätigtem Ventil durch eine entgegengesetzte Strömung an einen dritten Dichtsitz des dritten Dichtelements an der Zufuhröffnung gezogen oder gedrückt wird. Diese Bewegung kann auch durch eine innere Rückstellkraft, wie z.B. eine Materialspannung eines Elastomers, aus dem das dritte Dichtelement beispielsweise in Form einer Kalotte bestehen kann, erfolgen, indem das dritte Dichtelement leicht gegen den dritten Dichtsitz an der Zufuhröffnung gedrückt wird. Alternativ oder zusätzlich kann dies auch durch eine äußere Rückstellkraft, beispielsweise durch eine Spiralfeder, erfolgen, wodurch das dritte Dichtelement gegen den dritten Dichtsitz an der Zufuhröffnung gedrückt wird.
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Wenn das pneumatische Ventil nicht betätigt ist, wird das zweite Dichtelement durch einen Stößel auf einen ersten Dichtsitz der Zufuhröffnung gedrückt und dichtet dieses ab. Das zweite Dichtelement kann aus einem dünnen und starren oder elastischen Material sein, das eine Gegenkontur zum Dichtsitz aufweist oder beim Anliegen an den Dichtsitz in diese Form gebracht werden kann.
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Es wird also ein 3/2-Ventil in Topfform beschrieben, welches mittels eines Stößels durch die Ablassöffnung hindurch von einem SMA-Aktor betätigt wird. Am in die Luftkammer ragenden Abschnitt des Stößels weist dieser ein Dichtelement auf. Im aktivierten Zustand gibt der Aktor den Stößel frei, wodurch dieser dann durch die (geringe) Kraft einer Rückstellfeder von der Zufuhr- zur Ablassöffnung geschoben wird. Damit dichtet das erste Dichtelement die Ablassöffnung ab, vorzugsweise indem es gegen einen ersten Dichtsitz an der Ablassöffnung gedrückt wird.
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Im nicht aktivierten Zustand des Ventils drückt der Aktor den Stößel in die untere Position. Damit übt der Stößel eine Kraft nach unten auf das zweite Dichtelement aus und dichtet somit die Zufuhröffnung ab, vorzugsweise indem es gegen einen zweiten Dichtsitz an der Zufuhröffnung gedrückt wird. Damit kann auch bei hohem Druck im Zuluftkanal keine Luft in das Kissen strömen. Gleichzeitig öffnet sich die Ablassöffnung bzw. das Entlüftventil.
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Im aktivierten Zustand bewegt sich der Stößel in die obere Position und gibt damit das Rückschlagventil und somit die Zufuhröffnung frei. Wenn nun der Druck im Zuluftkanal größer als der Druck in der Ventilkammer ist, hebt das zweite Dichtelement zumindest teilweise vom zweiten Dichtsitz ab und auch das dritte Dichtelement hebt von einem dritten Dichtsitz ab, und Luft kann durch die Zufuhröffnung strömen. Das dritte Dichtelement ist in Zufuhrströmungsrichtung dem zweiten Dichtelement nachgeordnet, wobei der dritte Dichtsitz um den zweiten Dichtsitz herum - vorzugsweise konzentrisch - am Gehäuse ausgebildet ist.
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Wird nun im aktivierten Zustand der Druck im Zuluftkanal rasch unter den Druck des zuvor befüllten Kissens verringert (durch Abschalten des Kompressors oder durch Öffnen eines anderen Ventils), ergibt sich eine Rückströmung von der Luftkammer in den Zuluftkanal. Diese Strömung erzeugt einen Sog, wodurch sich das zweite und das dritte Dichtelement wieder an den zweiten bzw. dritten Dichtsitz anlegen und damit das Rückschlagventil die Zufuhröffnung verschließt. Damit verhindert es eine Rückströmung und die Luft in der Luftkammer bzw. im Kissen wird gehalten, solange das Ventil im aktivierten Zustand bleibt.
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Das Rückschlagventil wird zudem durch eine Federkraft - und damit unabhängig von einer Rückströmung - leicht auf den Dichtsitz gedrückt und verhindert dadurch ebenfalls eine Rückströmung. Die Dichtkraft des Rückschlagventils wird dabei von der Rückstellfeder und zusätzlich von der Druckdifferenz aufgebracht und nimmt mit letzterer zu. Folglich besteht bei hoher Druckdifferenz auch eine höhere Dichtigkeit als bei niedriger Druckdifferenz. Aufgrund der kurzen Haltezeiten bei Massageventilen im Bereich weniger Sekunden bis einiger Minuten kann eine dadurch evtl. auftretende Leckage bei niedriger Druckdifferenz toleriert werden.
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Ein eventueller Druckverlust infolge von Leckage kann unter folgender Bedingung weitgehend ausgeglichen werden: Werden weitere Kissen befüllt, während das leckagebehaftete gehalten wird, strömt die Zuluft nicht nur in die neu zu befüllenden Kissen, sondern auch in das gehaltene Kissen, sobald der Druck im Zuluftkanal größer als der im gehaltenen Kissen wird.
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Um einen raschen Druckabfall der Zuluft zu erreichen, kann auch beim Abschalten des Kompressors das Ventil eines in diesem Augenblick ungenutzten leeren Kissens kurz geöffnet werden. Dadurch entweicht der Restdruck im Zuluftkanal schnell, wodurch sich der zum Anlegen des Rückschlagventils benötigte Sog ergibt.
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In einer vorteilhaften Ausbildung des pneumatischen Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vom dritten Dichtelement überspannte Fläche deutlich größer ist als die Fläche des zweiten Dichtelements oder die Fläche des ersten Dichtelements.
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In einer Variante des pneumatischen Ventils ist das elastische Element eine Spiralfeder.
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In einer ersten Ausbildung des pneumatischen Ventils ist die elastische Verbindung mit einer um das zweite Dichtelement umlaufenden Wulst mit U-förmigem Querschnitt gebildet, die innerhalb des dritten Dichtelements verläuft.
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Diese Wulst verbindet das zweite mit dem dritten Dichtelement derart, dass das dadurch gebildete Gesamtdichtelement luftdicht ist und dabei das dritte gegen das zweite Dichtelement aufgrund des U-förmigen Querschnitts bewegt werden kann.
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In einer zweiten Ausbildung des pneumatischen Ventils sind das zweite Dichtelement, das dritte Dichtelement und deren elastische Verbindung einstückig als Kalotte ausgebildet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
- 1 eine erste Ausbildungsvariante eines erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils in unbetätigtem Zustand,
- 2 eine Detailansicht der ersten Ausbildungsvariante des Ventils in unbetätigtem Zustand während eines Entlüftungsvorgangs,
- 3 eine Detailansicht der ersten Ausbildungsvariante des Ventils in betätigtem Zustand während eines Befüllvorgangs,
- 4 eine Detailansicht der ersten Ausbildungsvariante des Ventils in betätigtem Zustand nach einem Befüllvorgang mit aktivem Rückstellventil,
- 5 eine Detailansicht einer zweiten Ausbildungsvariante des Ventils in unbetätigtem Zustand während eines Entlüftungsvorgangs,
- 6 eine Detailansicht der zweiten Ausbildungsvariante des Ventils in betätigtem Zustand während eines Befüllvorgangs, und
- 7 eine Detailansicht der zweiten Ausbildungsvariante des Ventils in betätigtem Zustand nach einem Befüllvorgang mit aktivem Rückstellventil,
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1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel ein pneumatisches Ventil in einer Querschnittsdarstellung, das mit einem Gehäuse 1 gebildet ist, welches ein erstes Gehäuseteil 17 aufweist, das im dargestellten Ausführungsbeispiel als Bodenplatte ausgebildet ist. Das Gehäuse 1 weist außerdem ein zweites Gehäuseteil 18 auf, das als Deckel ausgebildet ist und schließlich ein drittes becherförmiges Gehäuseteil 19, das als Einlegeteil zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil 17, 18 ausgebildet ist und an das ein Zufuhranschluss 27 und ein Verbindungsanschluss 28 angeformt sind.
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Am dritten Gehäuseteil 19 ist eine Luftkammer 2 ausgebildet, indem dieses eine topfförmige Anformung hat, in die ein Abschlussteil 2a als Deckel der Luftkammer 2 eingesteckt ist. Die Luftkammer 2 weist eine Zufuhröffnung 3, eine Verbindungsöffnung 4 und eine Ablassöffnung 5 auf. Dabei sind im dargestellten Ausführungsbeispiel die Zufuhröffnung 3 und die Verbindungsöffnung 4 im dritten Gehäuseteil 19 und die Ablassöffnung 5 in dem die Luftkammer 2 abschließenden Abschlussteil 2a ausgebildet.
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Es kann also Druckluft über den Zufuhranschluss 27 beispielsweise von einem Kompressor in das Gehäuse 1 geführt werden, wobei die Druckluft über die Zufuhröffnung 3 in die Luftkammer 2 gelangen kann und von dort über die Verbindungsöffnung 4 und den Verbindungsanschluss 28 in ein damit verbindbares Luftkissen.
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Andererseits kann Druckluft aus dem Luftkissen über den Verbindungsanschluss 28 und die Verbindungsöffnung 4 in die Luftkammer 2 gelangen und von dort über die Ablassöffnung 5 in den Innenraum des Gehäuses 1, wobei dort eine Öffnung 29 zur Umgebung besteht.
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In der Luftkammer 2 ist ein Schließelement 7 mit einem Stößel 11 und mit einem ersten Dichtelement 8 ausgebildet, wobei das erste Dichtelemente 8 an einer Platte 11a befestigt oder an diese angeformt ist, die mit dem in die Luftkammer 2 ragenden Ende des Stößels 11 verbunden oder an dieses angeformt ist. An das Abschlussteil 2a ist um die Ablassöffnung 5 herum ein erster Dichtsitz 9 angeformt oder angeordnet, gegen den das erste Dichtelement 8 die Ablassöffnung 5 verschließend gedrückt werden kann.
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In der Luftkammer 2 ist ein zweites Dichtelement 30 am Ende des Stößels 11 zwischen dem Stößel 11 und der Zufuhröffnung 3 angeordnet. Das zweite Dichtelement 30 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material ausgeführt und drückt im inaktivierten Zustand des pneumatischen Ventils auf einen zweiten Dichtsitz 31, der um die Zufuhröffnung 3 herum angeordnet ist, vorzugsweise an das dritte Gehäuseteil 19 angeformt ist, wodurch die Zufuhröffnung 3 bei einer gewissen Kraft auf das zweite Dichtelement 30 abgedichtet wird.
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In dem in der 1 gezeigten inaktivierten Zustand des Ventils drückt das Schließelement 7 auf das zweite Dichtelement 30 und damit dieses gegen die Zufuhröffnung 3. Damit kann Luft in einem an den Verbindungsanschluss 28 angeschlossenen Luftkissen über das nicht verschlossene Ablassöffnung 5 durch die Öffnung 29 im zweiten Gehäuseteil 18 entweichen, wodurch sich ein NO-Ventil ergibt.
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In dem Gehäuse 1 ist außerdem ein Aktor 6 angeordnet. Der Aktor 6 ist mit einer Leiterplatte 12 gebildet, die an entsprechenden Streben des dritten Gehäuseteils 19 gelagert und mechanisch verbunden ist. Mit der Leiterplatte 12 verbunden ist ein Betätigungselement 13, das einen Betätigungsabschnitt 14 aufweist, der mit dem Stößel 11 in direktem Kontakt steht und einen Biegeabschnitt 15 aufweist, der mit der Leiterplatte 12 verbunden ist.
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Der Aktor 6 weist ferner ein Aktorelement 16 auf, das in bevorzugter Weise mit einem Draht aus einer Formgedächtnislegierung gebildet ist, der sich bei der Beaufschlagung mit Strom, der durch eine (nicht dargestellte) Schaltung auf der Leiterplatte 12 geliefert wird, verkürzt. Im nicht aktivierten Zustand ist das Betätigungselement 13 so vorgespannt, dass das Betätigungselement 13 mit seinem Betätigungsabschnitt 14 gegen das Schließelement 7 bzw. den Stößel 11 drückt und damit das zweite Dichtelement 30 gegen die Kraft eines elastischen Elements 10 an die Zufuhröffnung 3 drückt, wodurch die Ablassöffnung 5 geöffnet ist.
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Das Aktorelement 16 ist dabei - beispielsweise mittels Crimpverbindungen - sowohl mit dem Betätigungselement 13 als auch mit der Leiterplatte 12 verbunden.
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In vorteilhafter Weise ist das Aktorelement 16 oberhalb einer Oberseite 20 der Leiterplatte 12 und das Betätigungselement 13 unterhalb einer Unterseite 21 der Leiterplatte 12 ausgebildet, so dass sich eine sehr kompakte Bauform ergibt. Prinzipiell kann der Aufbau auch spiegelverkehrt sein, so dass das Aktorelement 16 unterhalb der Leiterplatte 12 zu liegen kommt und das Betätigungselement 13 oberhalb der Leiterplatte 12.
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In vorteilhafter Weise ist am Betätigungselement 13 ein Endlagenerkennungselement 26 ausgebildet, das bei einer Betätigung des Aktors 6 in Kontakt mit der Leiterplatte 12 kommt und einen Stromfluss ermöglicht, wodurch erkannt wird, dass die Endlage erreicht ist, so dass der Strom durch das Aktorelement 16 abgeschaltet oder zumindest verringert werden kann, um es nicht zu überlasten.
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In der 1 ist ein drittes Dichtelement 32 in der Luftkammer 2 angeordnet. Das dritte Dichtelement 32 ist über eine elastische Verbindung mit dem zweiten Dichtelement 30 verbunden, wobei das Gesamtdichtelement aus zweitem Dichtelement 30, drittem Dichtelement 32 und elastischer Verbindung eine Einheit bildet und luftundurchlässig ist.
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Um den zweiten Dichtsitz 31 herum ist ein dritter Dichtsitz 33 am dritten Gehäuseteil 19 angeordnet, insbesondere an diesem angeformt. Das dritte Dichtelement 32 wird im inaktiven Zustand des pneumatischen Ventils von dem elastischen Element 10 gegen den dritten Dichtsitz 33 gedrückt. Das elastische Element 10 ist dabei zwischen der am Stößel 11 angeordneten Platte 11a und dem dritten Dichtelement 32 eingeklemmt. Es ist im Ausführungsbeispiel der 1 mit einer Spiralfeder gebildet.
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Die elastische Verbindung ist im Ausführungsbeispiel der 1 mit einer U-förmigen Wulst ausgeführt, wodurch sich das zweite Dichtelement 30 und das dritte Dichtelement 32 gegeneinander bewegen können.
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Durch die Anordnung des dritten Dichtelements 32 um das zweite Dichtelement 30 herum passiert in die Luftkammer 2 durch die Zufuhröffnung 3 strömende Luft zuerst einen Spalt zwischen dem zweiten Dichtsitz 31 und dem zweiten Dichtelement 30 und erst anschließend einen Spalt zwischen dem dritten Dichtsitz 33 und dem dritten Dichtelement 32.
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Insbesondere das dritte Dichtelement 32 wird bei einem höheren Druck in der Luftkammer 2 gegenüber dem Zufuhrkanal am Zufuhranschluss 27 aufgrund dieses Überdrucks gegen den dritten Dichtsitz 33 gedrückt und wirkt somit als Rückschlagventil, so dass keine oder nur eine sehr geringe Leckage mehr auftreten kann.
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Vorzugsweise ist die vom dritten Dichtelement 32 überspannte Fläche deutlich größer als die Fläche des zweiten Dichtelements 30 oder die Fläche des ersten Dichtelements 8.
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Bei einer angenommenen Düsenfläche von (20 - 2) mm2 für das Rückschlagventil (30, 32) reduziert sich der Druckabfall um einen Faktor 9 auf 0,1 N / 18 mm2 = 56 hPa. Die Dichtlinienkraft reduziert sich dabei lediglich um den verkraftbaren Faktor 3,2 auf 0,1 N / 16 = 0,006 N/mm. Dabei wurde bei der Düsenfläche die Fläche des Befüllventils and der Zufuhröffnung 3 abgezogen, da die darauf wirkende Kraft über den Stößel 11 abgefangen wird und so nicht auf das Rückschlagventil (30, 32) wirkt.
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Dadurch kann für die (gleiche) Rückstellkraft von Entlüft- und Rückschlagventil (30, 32) dasselbe elastische Element 10 verwendet werden. Die Rückstellkraft kann dabei durch eine separate Feder (z.B. Spiralfeder) oder durch die innere Materialspannung eines elastischen Gesamtdichtelements für das Rückschlagventil (z.B. Kalotte s.u.) erzeugt werden.
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Der Druck im Kissen bzw. der Luftkammer 2 erhöht die Dichtkraft des Rückschlagventils zusätzlich und mindert damit die verbleibende Leckage besonders bei hohem Kissendruck.
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In den 2 bis 4 ist das pneumatische Ventil der 1 in einer vergrößerten Darstellung des Teils mit der Luftkammer 2 und dem beweglichen Schließelement 7 sowie den Dichtelementen 8, 30, 32 und Dichtsitzen 9, 31, 33 in verschiedenen Zuständen gezeigt.
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In den 2 bis 4 sind dabei gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in 1, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen nur die wesentlichen Bezugszeichen gezeigt sind, wobei in den verschiedenen Figuren unterschiedliche - insbesondere zusammenhängende - Bezugszeichen gezeigt sind.
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In der 2 ist das pneumatische Ventil im gleichen Zustand gezeigt wie in der 1. Die Zufuhröffnung 3 ist durch das zweite Dichtelement 30 verschlossen und die Ablassöffnung 5 vom ersten Dichtelement 8 freigegeben, so dass Luft in einem angeschlossenen Kissen (nicht dargestellt) über den Verbindungsanschluss 28, die Verbindungsöffnung 4 und die Ablassöffnung 5 über das Gehäuseinnere und schließlich die Öffnung 29 im zweiten Gehäuseteil 18 entweichen kann.
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Das Schließelement 7 wird dabei von dem Betätigungsabschnitt 14 des nicht aktivierten Aktors 6 aufgrund der Federkraft des Biegeabschnitts 15 gegen die Zufuhröffnung 3 gedrückt.
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In der 3 ist das pneumatische Ventil der 1 in einem zweiten, aktivierten Zustand gezeigt, also in einem Zustand, in dem die Zufuhröffnung 3 geöffnet ist und Luft von dem Zufuhranschluss 27 über den Verbindungsanschluss 28 durch die Luftkammer 2 in ein ggf. angeschlossenes Luftkissen (nicht dargestellt) strömen kann.
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Durch Aktivierung des Aktors 6 wird der Betätigungsabschnitt 14 des Betätigungselements 13 angehoben und somit das Schließelement 7 durch die Federkraft des elastischen Elements 10 ebenfalls nach oben gedrückt und folglich durch das erste Dichtelement 8 die Ablassöffnung 5 verschlossen. Das Schließelement 7 drückt nicht mehr auf das zweite Dichtelement 30, so dass dieses zusammen mit dem dritten Dichtelement 32 durch den Luftdruck angehoben wird und die Zufuhröffnung 3 freigibt. Dabei ist in erfindungsgemäßer Weise das dritte Dichtelement 32 in Bezug auf die Strömungsrichtung dem zweiten Dichtelement 30 nachgeordnet.
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Die 4 zeigt schließlich einen dritten Zustand des Ventils, bei dem das dritte Dichtelement 32 bei aktiviertem Aktor 6 und damit die Ablassöffnung 5 verschließendem ersten Dichtelement 8 als Rückschlagventil fungierend die Zufuhröffnung 3 verschließt, da der Luftdruck an der Verbindungsöffnung 4 bzw. in der Luftkammer 2 höher ist als an der Zufuhröffnung 3 bzw. dem Zufuhranschluss 27. Das zweite Dichtelement 30 wird dabei mit dem Stößel 11 durch die Federkraft des elastischen Elements 10 - im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Spiralfeder - vom zweiten Dichtsitz 31 abgehoben.
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In den 5 bis 7 ist eine zweite Ausführungsform eines pneumatischen Ventils dargestellt. Auch hier sind gleiche Teile wie in den 1 bis 4 mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Bezugszeichen in jeder Figur gezeigt sind.
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In der zweiten Ausführungsform ist das zweite Dichtelement als innerer Bereich einer Kalotte 35 ausgebildet und liegt zwischen dem Schließelement 7 und der Zufuhröffnung 3 zumindest zwischen diesen Teilen weitgehend frei beweglich.
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Die Kalotte 35 umfasst außerdem das dritte Dichtelement, das deren äußeren Bereich bildet. Der Bereich der Kalotte 35 zwischen dem äußeren und dem inneren Bereich wird durch die elastische Verbindung gebildet. Die Kalotte 35 bildet also ein Gesamtdichtelement, deren einzelne genannten Bereiche unterschiedliche Funktionen haben. Insbesondere weist dieses Gesamtdichtelement aufgrund seiner Kalottenform auch die Funktion des elastischen Elements auf, so dass auf eine beispielsweise Spiralfeder verzichtet werden kann. Die Kalotte 35 weist aufgrund ihrer Form diese Federfunktion auf und kann bei aktiviertem Aktor 6 das Schließelement 7 gegen die Ablassöffnung 5 schieben und damit das erste Dichtelement 8 gegen den ersten Dichtsitz 9 drücken.
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In den 5 bis 7 sind die gleichen drei Zustände dargestellt wie in den 2 bis 4, der Unterschied besteht nur in der Ausführung des zweiten und dritten Dichtelements 30, 32.
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Die Vorteile der genannten Ausführungen ergeben sich durch eine halbierte Anzahl an Aktoren gegenüber einer Anordnung mit 3/3-NO Schaltventilen bei vergleichbarer Funktion für Massage-Applikationen, durch eine kostengünstige, platzsparende und gewichtsreduzierte Darstellung einer Massage mit Haltefunktion und durch einen teilweisen Ausgleich eines Druckverlusts, falls während einer längeren Haltezeit des Ventils eine Leckage am Rückschlagventil auftritt, während welcher weitere Kissen befüllt werden sollen.
