DE202004015780U1

DE202004015780U1 - Ventilsystem zur Steuerung von veränderlichen Volumenströmen und/oder Drücken

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Publication number: DE202004015780U1
Application number: DE202004015780U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-11
Filing date: 2004-10-11
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2014-10-12

Abstract

Ventilsystem mit einem von einem Ventilkörper (24, 25, 26; 124, 125, 126; 224, 225; 324, 325; 424, 426; 524, 526) und einem Ventilsitz (36, 37, 38; 136, 137, 138; 237, 238; 336, 337; 436, 438; 536, 538) gebildeten Stömungskanal (49, 50, 51; 149, 150, 151; 241, 242; 349, 350; 451; 549, 551), der bei einer Relativbewegung mittels eines Antriebs (27, 127, 527) zwischen einem Teil (34, 35, 64, 134, 135, 164, 234, 235, 236, 334, 335, 364, 434, 457, 458, 534, 557, 558, 564, 584) des Ventilkörpers und dem Ventilsitz (36, 37, 38; 136, 137, 138; 237, 238; 336, 337; 436, 438; 536, 538) zumindest in einem bestimmten Bewegungsabschnitt einen sich verändernden Querschnitt bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (27, 127, 527) und/oder zumindest ein zwischen dem Antrieb (27, 127, 527) und dem Ventilkörper (24, 25, 26; 124, 125, 126; 224, 225; 324, 325; 424, 426; 524, 526) wirksamer Mitnehmer...

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventilsystem zur Steuerung von veränderlichen Volumenströmen und/oder Drücken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Ventilsystem ist beispielsweise zum Befüllen und Entlüften von Sitzpolstern, insbesondere in Fahrzeugen, und dort insbesondere zur fahrdynamischen Ansteuerung von Sitzpolstern geeignet. Es ist jedoch auch für alle anderen Anwendungen hervorragend geeignet, bei denen diskontinuierliche Volumenströme und/oder veränderliche Drücke zu steuern sind, wie beispielsweise zur Steuerung einer Gasmenge in einem Heizgerät oder Wasserboiler, zur Steuerung einer Luftmenge bei einer belüfteten Fermentation in der Biotechnologie oder in Pneumatik-Zylindern für das Öffnen und Schließen von Türen beispielsweise in öffentlichen Verkehrsmitteln.
Ein Ventilsystem zum Befüllen und Entlüften von Sitzpolstern ist beispielsweise aus der EP 0 317 726 B1 bekannt. Dort wird ein Lordose-Kissen für den Bereich der Halswirbelsäule über ein Ventil mit Luft beaufschlagt und über ein Rückschlagventil und eine Vakuumpumpe entlüftet. Das System ist für eine langsame Anpassung an unterschiedliche Benutzer und/oder Sitzpositionen ausgelegt.
Aus der 18.03.2002 in Brüssel vorgestellten E-Klasse^® von Mercedes ist ein Multikontursitz bekannt, der über mehrere aufblasbare und entlüftbare Sitzpolster verfügt, mittels denen sowohl ein Massage-Modus erzeugt werden kann, als auch eine fahrdynamische Abstützung mittels der einen stärkeren Gegendruck bietenden kurvenäußeren Sitzpolster bei Kurvenfahrten. Bei einem derartigen System werden hohe Anforderungen an das Ventilsystem für eine schnelle und exakte Be- und Entlüftung der Sitzpolster gestellt, denen einfache Ventile mit einer Auf- /Zu-Funktion nicht immer gerecht werden.
Aus der auf denselben Anmelder zurückgehenden WO 2004/050418 A1, deren Offenbarungsgehalt hiermit in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird, ist ein Ventilsystem bekannt, bei dem Ventilschaft und Ventilsitz so gestaltet sind, dass sich bei einer Relativbewegung zueinander ein veränderbarer Strömungsquerschnitt zwischen beiden einstellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Ventilsystem so zu verbessern, dass sowohl dessen Nullposition als auch dessen übrige Steuer- bzw. Regelpositionen exakt angefahren werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Ventilsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Kern des erfindungsgemäßen Ventilsystems liegt darin, für das den Fluidstrom zu einer Anwendung steuernde Ventil einen mit einem Betätigungsorgan für den Ventilkörper mit bewegbaren Positionsdetektor zur Erfassung der IST-Position und/oder einen Endschalter zur Beendung der Bewegung des Ventilkörpers in einer definierten Endlage vorzusehen, die mit einer entsprechenden elektronischen Steuerung zusammenwirken.
Vorzugsweise sind die Positionsdetektoren und die Endschalter in einem gemeinsamen Gehäuse mit den den Fluidstrom steuernden Ventilen und deren Antrieben angeordnet. Das Gehäuse ist bevorzugt aus Kunststoff hergestellt. Die Ventilsitze können aus Metall bestehen und bei Herstellung des Gehäuses in einem Gieß- oder Spritzverfahren mit in die Wände des Gehäuses integriert werden. Bei einer Anwendung zur Steuerung einer Zufuhr von brennbarem Gas sind der elektrische Antrieb, der Positiondetektor und der Endschalter innerhalb des Gehäuses in vom Ventil gasdicht abgetrennten Aufnahmeräume untergebracht.
Die Anordnung der Ventile im Gehäuse erfolgt bevorzugt so, daß diese mittels eines gemeinsamen Antriebs über eine lineare Bewegung eines Gestänges oder über eine Bewegung auf einer Kreisbahn, das mit entsprechenden Mitnehmern zusammenwirkt, betätigbar sind. Die Mitnehmer dienen dabei bevorzugt gleichzeitig als Übertragungsorgan für einen Positiondetektor.
Die Endschalter sind bevorzugt als Mikroschalter ausgebildet, die bevorzugt von einem Mitnehmer oder einem mit diesem verbundenen Stellorgan betätigt werden.
Die Endschalter sind mit der Spannungszufuhr zu den jeweiligen Antrieben bevorzugt über einen mit Sperr-Dioden versehenen Verknüpfungspunkt verbunden, so dass die Abschaltung in der Nullposition unabhängig von der Drehrichtung des Antriebs erfolgt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ventilsystems unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die 1 bis 22 zeigen dabei den Stand der Technik gemäß der WO 2004/050418 A1. Auf die Erfindung beziehen sich nur die folgenden 23 bis 25. Es zeigt:
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Fahrzeugsitzes;
2 eine schematische Draufsicht auf ein geöffnetes Gehäuse eines Ventilsystems mit einer Betätigung über einen linearen Antrieb;
3 die vergrößerte Einzelheit B aus 2;
4 eine vergrößerte Explosionsdarstellung eines Einlaßventils mit Ventilsitz; 5 eine Alternative zur 2 mit einer Anordnung der Ventile auf einer Kreisbahn;
6 eine vergrößerte Darstellung eines Auslaßventils mit einer alternativen Ausgestaltung einer veränderlichen Querschnittsfläche;
7 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Einlaßventils mit einem zweistufigen Konus,
8 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Auslaßventils,
9 eine vergrößerte Darstellung eines Einlaßventils mit einer alternativen Ausgestaltung einer veränderten Querschnittsfläche,
10 eine vergrößerte Detaildarstellung einer alternativen Form eines Auslaßventils,
11 eine schematische Darstellung einer besonders einfachen Ausführungsform eines Ventilsystems,
12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Ventilsystems,
13 eine vergrößerte Darstellung des Ventilsystems gemäß 12 ohne das Gehäuse,
14 eine Einzelteildarstellung eines Mitnehmers für das Entlüftungsventil,
15 eine Einzelteildarstellung eines Mitnehmers für das Einlaßventil,
16 eine Einzelteildarstellung eines Einlaßventils in zusammengebautem Zustand,
17 eine Einzelteildarstellung des Einlaßventils gemäß 16 in zerlegtem Zustand,
18 eine Einzelteildarstellung des Entlüftungsventils in zusammengebautem Zustand,
19 eine Einzelteildarstellung des Entlüftungsventils in zerlegtem Zustand,
20 eine schematische Darstellung eines Lenkrades und einer Lenksäule mit einem daran angeordneten Potentiometer,
21 eine vergrößerte Darstellung des Potentiometers und eine schematische Darstellung einer Steuerung,
22 eine weitere schematische Darstellung der Steuerung für das Ventilsystem,
23 eine erste Ausführungsform der Erfindung anhand einer modifizierten 2,
24 eine zweite Ausführungsform der Erfindung anhand einer modifizierten 11,
25 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, und
26 eine vierte Ausführungsform der Erfindung zur Steuerung des Volumenstroms von entzündlichen Gasen.
Auch die nachfolgende Beschreibung der 1 bis 22 bezieht sich auf den Stand der Technik gemäß der WO 2004/050418 A1. Die Erfindung wird erst weiter hinten im Zusammenhang mit den 23 bis 26 beschrieben.
In 1 ist ein Fahrzeugsitz 1 mit einer Sitzfläche 2 und einer Sitzlehne 3 schematisch dargestellt. Die Sitzfläche 2 weist einen rechten Seitenwulst 4 und einen linken Seitenwulst 5 auf. Die Sitzlehne 3 weist einen rechten Seitenwulst 6 und einen linken Seitenwulst 7 auf. Im rechten Seitenwulst 4 der Sitzfläche 2 ist ein aufblasbares Sitzpolster 8 und im linken Seitenwulst 5 ein aufblasbares Sitzpolster 9 angeordnet. Im rechten Seitenwulst 6 der Sitzlehne 3 ist ein aufblasbares Sitzpolster 10 und im linken Seitenwulst 7 der Sitzlehne 3 ein aufblasbares Sitzpolster 11 angeordnet.
Die Sitzpolster 8, 9, 10 und 11 sind jeweils über ein Ventilsystem zum einen mit einer Fluiddruckquelle und zum anderen für eine Entlüftung mit einer Fluiddrucksenke verbunden. Für das Sitzpolster 9 und das Sitzpolster 11 auf der linken Seite des Fahrzeugsitzes 1 ist jeweils ein Ventilsystem 12 bzw. 17 schematisch in 1 angedeutet. Diese Ventilsystem sind der Zeichnung vergrößert dargestellt. Das Ventilsystem 12 ist über einen Eingang 13 mit einer Fluiddruckquelle, im einfachsten Falle mit einer Druckluftquelle verbunden. Das Ventilsystem 12 ist weiterhin über einen Ausgang 14 mit dem Sitzpolster 9 verbunden. Das Ventilsystem 12 weist darüber hinaus einen Ausgang 15 auf, über den das Sitzpolster 9 mit einer Fluiddrucksenke, im einfachsten Fall mit der Umgebung verbunden ist.
Das Ventilsystem 17 zum Befüllen und Entleeren des Sitzpolsters 11 weist analog dazu einen Eingang 18 als Verbindung zu einer Fluiddruckquelle, einen Ausgang 19 als Verbindung zum Sitzpolster 11 und einen Ausgang 20 als Verbindung zur Umgebung auf.
Die Sitzpolster 8, 9, 10, 11 sind durch Beaufschlagung mit Fluiddruck in ihrem Volumen veränderbar. Dadurch kann der Seitenhalt des Fahrzeugsitzes 1 sowohl im Bereich der Sitzfläche 2 als auch im Bereich der Sitzlehne 3 bei Kurvenfahrten erheblich verbessert werden.
In 2 ist eine erste Ausführungsform eines Ventilsystems 12 vergrößert dargestellt. In einem Gehäuse 48 sind voneinander beanstandet der Eingang 13 von der Fluiddruckquelle, der Ausgang 14 zum Sitzpolster 9 und der Ausgang 15 zur Umgebung angeordnet. Der Eingang 13 führt in eine Eintrittskammer 21, die durch ein Einlaßventil 24 von einer Hauptkammer 22 getrennt wird. Gegenüber dem Einlaßventil 24 ist ein Auslaßventil 25 angeordnet, das die Hauptkammer 22 von einer Austrittskammer 23 trennt, aus welcher der Auslaß 14 zum Sitzpolster 9 ausmündet. Oberhalb des Einlaßventils 24 ist ein Entlüftungsventil 26 angeordnet, das die Hauptkammer 22 vom Ausgang 15 zur Umgebung trennt.
Das Einlaßventil 24 durchdringt mit einem zylindrischen Teil 52 einen Ventilsitz 36 im Gehäuse 48 zwischen der Eintrittskammer 21 und der Hauptkammer 22. Auf der Seite der Eintrittskammer 21 ist am Einlaßventil 24 ein im Durchmesser vergrößerter Anschlag 39 ausgebildet. In Verbindung mit einer unmittelbar vor dem Anschlag 39 angeordneten Dichtung 42 dichtet des Einlaßventil 24 den Durchtritt von der Eintrittskammer 21 zur Hauptkammer 22 ab. Am Anschlag 39 stützt sich rückseitig eine Feder 45 ab, die das Einlaßventil 24 mit einer leichten Federkraft in Schließstellung beaufschlagt. An den zylindrischen Teil 52 des Einlaßventils 24 schließt sich in Richtung zur Mitte der Hauptkammer 22 ein Konus 34 an, der in eine zylindrische Spitze 54 übergeht.
Das Auslaßventil 25 durchdringt mit einem zylindrischen Teil 62 einen Ventilsitz 37, der die Hauptkammer 22 und die Austrittskammer 23 trennt. Auf der Seite der Austrittskammer 23 schließt sich an den zylindrischen Teil 62 ein im Durchmesser vergrößerter Anschlag 40 an. In Verbindung mit einer unmittelbar vor dem Anschlag 40 angeordneten Dichtung 43 dichtet das Auslaßventil 25 den Durchtritt von der Hauptkammer 22 zur Austrittskammer 23 ab. Am Anschlag 40 stützt sich rückseitig eine Feder 46 ab, die das Auslaßventil 25 mit einer leichten Federkraft in Schließrichtung beaufschlagt. An den zylindrischen Teil 62 schließt sich in Richtung zur Mitte der Hauptkammer 22 ein konischer Teil 35 an, der in eine zylindrische Spitze 56 übergeht.
Die Spitze 54 des Einlaßventils 24 und die Spitze 56 des Auslaßventils 25 sind einander zugewandt und weisen in Grundstellung bei geschlossenem Einlaßventil 24 und geschlossenem Auslaßventil 25 einen geringen Abstand zueinander auf. In diesen Abstand ragt von unten her ein Mitnehmer 30 hinein, der rechtwinklig mit einem Gestänge 29 verbunden ist, welches parallel zur Bewegungsrichtung des Einlaßventils 24 und des Auslaßventils 25 durch Führungen 32 geführt im Gehäuse 48 des Ventilsystems 12 linear bewegbar ist. Für den Antrieb des Gestänges 29 ist dieses beispielsweise mit einer Verzahnung versehen, in welche eine Verzahnung eines Ritzels 28 eingreift, das durch einen Antrieb 27, beispielsweise einen elektrischen Schrittschaltmotor oder einen Servomotor, feinfühlig, aber dennoch mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit betätigbar ist.
In den Zwischenraum zwischen den Spitzen 54 und 56 greift außer dem Mitnehmer 30 von oben her ein weiterer Mitnehmer 31 ein, der rechtwinklig mit einem zylindrischen Schaft des Entlüftungsventils 26 verbunden ist. Der Schaft des Entlüftungsventils 26 ist mittels einer Führung 33 parallel zur Bewegungsrichtung des Einlaßventils 24 und des Auslaßventils 25 in der Hauptkammer 22 des Ventilsystems 12 geführt. Das Entlüftungsventil 26 liegt mit einem im Durchmesser vergrößerten Anschlag 41 und einer daran nach außen anschließenden Dichtung 44 an einem Ventilsitz 38 an, der den Durchtritt von der Hauptkammer 22 zum Ausgang 15 verschließt. An der Innenseite des Anschlags 41 ist eine Feder 47 angeordnet, die sich mit ihrem anderen Ende an der Führung 33 abstützt und das Entlüftungsventil 26 mit einer leichten Federkraft in Schließrichtung beaufschlagt.
Die Funktionsweise des in 2 dargestellten Ventilsystems ist nachfolgend beschrieben. Ausgehend von der gezeigten Grundstellung, bei der das Einlaßventil 24, das Auslaßventil 25 und das Entlüftungsventil 26 geschlossen sind, wird durch einen nicht dargestellten Sensor, der die Querbeschleunigung des Fahrzeugs misst, festgestellt, daß das hier exemplarisch mit dem Ausgang 14 verbundene Sitzpolster 9 zur Erhöhung des Seitenhalts mit einem erhöhten Druck beaufschlagt werden muß. Das Signal wird an den Antrieb 27 geleitet, der das Ritzel 28 nach rechts dreht, wobei das Gestänge 29 ebenfalls in den Führungen 32 nach rechts bewegt wird und der Mitnehmer 30 auf die Spitze 54 des Einlaßventils 24 drückt. Dabei wird das Einlaßventil 24 gegen den Druck der Feder 45 nach rechts bewegt, wobei die Dichtung 42 vom Ventilsitz 36 abhebt und den Eintritt von Druckluft über den Eingang 13 und die Eintrittskammer 21 zur Hauptkammer 22 freigibt. Dabei wird, solange sich der zylindrische Abschnitt 52 im Bereich des Ventilsitzes 36 bewegt, nur ein relativ kleiner Ringspalt für den Durchtritt der Druckluft freigegeben. Gelangt dagegen die konische Fläche 34 in den Bereich des Ventilsitzes 36, so vergrößert sich die Kreisringfläche zwischen Ventilsitz 36 und dem Einlaßventil 24 bei jeder weiteren Bewegung in Öffnungsrichtung kontinuierlich. Dabei kann eine immer größere Menge von Druckluft in die Hauptkammer 22 einströmen.
Wird dabei in der Hauptkammer 22 ein bestimmtes Druckniveau erreicht, so wirkt dieser Druck über den Ringspalt am Ventilsitz 37 des Auslaßventils 25 auf die Dichtung 43 bzw. den hinter dieser angeordneten Anschlag 40 ein. Dabei wird das Auslaßventil 25 gegen den Druck der Feder 46 nach links in die Austrittskammer 23 hineingedrückt. Auch hier bleibt die durchtretende Luftmenge zunächst begrenzt, solange der zylindrische Abschnitt 62 des Auslaßventils 25 sich im Bereich des Ventilsitzes 37 befindet. Tritt dagegen der konische Teil 35 des Auslaßventils 25 in den Bereich des Ventilsitzes 37 ein, so vergrößert sich bei jeder weiteren Bewegung nach links der Ringspalt zwischen Hauptkammer 22 und Austrittskammer 23. Die Druckluft kann dann sehr schnell durch den Ausgang 14 zum Sitzpolster 9 strömen und dieses füllen.
Soll der Vorgang des Befüllens verlangsamt oder unterbrochen werden, so wird das Gestänge 29 durch den Antrieb 27 nach links bewegt. Dabei folgt die Spitze 54 des Einlaßventils 24 dem Mitnehmer 30 und das Einlaßventil 24 schließt sich mehr und mehr, bis der Anschlag 39 bzw. die Dichtung 42 am Ventilsitz 36 dicht anliegen und den weiteren Durchtritt von Druckluft zur Hauptkammer 22 unterbinden.
Das Entlüftungsventil 26 ist durch den Druck in der Hauptkammer 22, der auf die Rückseite des Anschlags 41 wirkt und zusätzlich durch die leichte Federkraft der Feder 47 während des Befüllens des Sitzpolsters 9 geschlossen. Sobald das Sitzpolster 9 nicht mehr auf der Kurvenaußenseite liegt und das Sitzpolster 9 daher entlüftet werden kann, wird an den Antrieb 27 vom betreffenden Sensor ein Signal gegeben, worauf der Antrieb 27 das Ritzel 28 nach links dreht. Dabei wird durch die Verzahnung mit dem Ritzel 28 das Gestänge 29 ebenfalls über die in 2 gezeigte Grundstellung hinaus nach links bewegt. Dabei nehmen der Mitnehmer 30 und der Mitnehmer 31 das Auslaßventil 25 und das Entlüftungsventil 26 mit nach links, wodurch beide Ventile 25 bzw. 26 von ihren Ventilsitzen 37 bzw. 38 abgehoben werden. Das Einlaßventil 24 wird dabei durch den auf der Rückseite des Anschlags 39 anstehenden Druck der Fluiddruckquelle und den leichten Druck der Feder 45 in Schließposition gehalten. Das Entleeren des Sitzpolsters 9 geschieht dabei zunächst wieder langsam, solange die zylindrische Fläche 62 des Auslaßventils 25 mit dessen Ventilsitz 37 zusammenwirkt. Das Entleeren erfolgt dagegen immer schneller, je weiter der konische Teil 35 des Auslaßventils 25 in den Bereich des Ventilsitzes 37 eintritt.
Durch das Zusammenspiel des Einlaßventils 24 und des Auslaßventils 25 kann ein sehr feinfühliges Befüllen und Entleeren des Sitzpolsters 9 erfolgen. Bei Bedarf, d. h. bei hohen und auch gegebenenfalls wechselnden dynamischen Seitenkräften kann durch die vergrößerten Querschnitte im Bereich der konische Flächen 34 bzw. 35 jedoch auch ein sehr rasches Befüllen und Entleeren erfolgen.
Bezüglich der Darstellung in 2, aber auch in den anderen Figuren sei noch generell angemerkt, dass es sich hierbei lediglich um eine schematische Darstellung handelt, bei der weder die Form noch die Proportionen des Gehäuses 48 oder der Ventile 24, 25, 26 einer seriennahen Ausführungsform entsprechen. Auch eine konstruktiv exakte Führung der Ventilkörper bei einer Verschiebung blieb bei der schematischen Darstellung unberücksichtigt; selbstverständlich sind alle Ventile so geführt, dass sie verdrehungs- und verkippungsfrei verschoben werden können. Das Gehäuse 48 ist bevorzugt aus Kunststoff, und zwar insbesondere in einem Spritzverfahren hergestellt. Die Ventilsitze 36, 37 und 38 bestehen bevorzugt aus Metall und werden bevorzugt beim Spritzen des Gehäuses 48 in dessen entsprechende Wandungen unmittelbar mit eingebettet. Die Federn 45, 46 und 47 dienen hauptsächlich dazu, die Ventile 24, 25 und 26 auch dann in einer definierten Endlage zu halten, wenn keinerlei Druck anliegt. Somit wird ein ungewolltes Hin-und Herbewegen der Ventile und dadurch eine ungewollte Geräuschbildung verhindert.
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Einlaßventils 24 und eines Teils des Auslaßventils 26. Dabei sind die Dichtungen 42 bzw. 44 in ihrer bevorzugten Ausführungsform als O-Ringdichtung erkennbar. Als deren Dichtungssitz sind entsprechende Ringnuten nahe den Anschlägen 39 bzw. 41 in die zylindrischen Teile der Ventile 24 bzw. 26 eingearbeitet. Der Dichtungssitz 53 des Einlaßventils 24 ist in 4 vergrößert dargestellt. Im Zusammenspiel mit der zylindrischen Fläche 52 bildet der Ventilsitz 36, wie in 3 zu erkennen, nahe der Schließstellung einen sehr engen Stömungskanal 49.
Bei dem in 4 dargestellten Einlaßventil 24 ist der Abschnitt für einen sich kontinuierlich erweiternden Durchtritt des Druckfluids ausgehend von der an den Anschlag 39 und den Dichtungssitz 53 anschließenden zylindrischen Fläche 52 in einen ersten Konus 34 mit einem kleineren Steigungswinkel und einen zweiten Konus 64 mit einem größeren Steigungswinkel unterteilt. An den zweiten Konus 64 schließt sich dann die Spitze 54 in zylindrischer Form an. Der erste Konus 34 dient zum Anpassen des Durchströmungsquerschnitts des Einlaßventils 24 an schwächere fahrdynamische Anforderungen, während der zweite Konus 64 zur Anpassung an ausgeprägt starke fahrdynamische Anforderungen, beispielsweise im sportlichen Fahrbereich, dient. Das gleiche gilt für das in 7 dargestellte Einlaßventil 324 mit dessen erstem Konus 334 und seinem zweiten Konus 364. Bei dieser Ausführungsform entsprechen die Proportionen des Einlaßventils 324 eher den realen Anforderungen als bei der Darstellung in den 2 und 4. Das gleiche gilt auch für die in den 8 und 10 dargestellten Auslaßventile 25 bzw. 325. Optional sind auch bei diesen Auslaßventilen 25 bzw. 325 zwei im Winkel zueinander abgestufte Konus-Flächen hintereinander angeordnet, um eine noch bessere Anpassung an unterschiedliche fahrdynamische Anforderungen realisieren zu können. Die 10 entspricht einer vergrößerten Detaildarstellung der 2. In 8 ist das Auslaßventil 325 ausgehend von seiner Spitze 344 über die Konusfläche 335 und die zylindrische Fläche 356 bis hin zum Anschlag 340 wesentlich gedrungener ausgeführt.
In den 6 und 9 sind alternative Ausführungsformen eines Einlaßventils 224 (9) und eines Auslaßventils 225 (6) dargestellt. Bei diesen sind gleiche oder ähnliche Teile bezogen auf die Darstellung in 2 mit einer um 200 erhöhten Bezugszahl versehen. In 6 ist am Auslaßventil 225 an Stelle der umlaufenden konischen Fläche eine nur an einer Seite vorgesehene Keilfläche 235 vorgesehen, die ebenfalls bei Verschiebung des Ventils 225 einen sich vergrößernden Querschnitt bereitstellt. In 9 weist das Einlaßventil 224 zwei in ihrem Winkel abgestufte Keilflächen 234 bzw. 236 auf. Diese Keilflächen ersetzen die umlaufend konischen Flächen 34 bzw. 35 beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 und 4.
Eine grundsätzliche andere Ausführungsform eines Ventilsystems 112 ist in 5 dargestellt. Dabei sind gleiche oder ähnliche Teile zu der in den 2, 4 und 10 dargestellten Ausführungsform mit einer gegenüber den 2 und 4 um 100 erhöhten Bezugszahl versehen. Der Hauptunterschied zum Ventilsystem 12 gemäß 2 besteht darin, daß das Gehäuse 148 bei der Ausführungsform gemäß 5 rund ist und die Bewegungsbahnen des Einlaßventils 124, des Auslaßventils 125 und des Entlüftungsventils 126 auf einer Kreisbahn angeordnet sind. Entsprechend sind auch die Eintrittskammer 121 und die Austrittskammer 123 auf einer Kreisbahn angeordnet. Die Mitnahme des Einlaßventils 124 und des Auslaßventils 125 erfolgt über einen Mitnehmer 130 und die Mitnahme des Entlüftungsventils 126 über einen Mitnehmer 131, welche beide auf einem Drehhebel 129 angeordnet sind. Der Drehhebel 129 ist analog zum Ritzel 28 mittels eines Antriebs 127 um einen Drehpunkt 100 verdrehbar. Bei einer Drehung nach rechts wird das Einlaßventil 124 nach rechts vom Ventilsitz 136 abgehoben und Druckluft strömt durch den Eingang 113 und die Eintrittskammer 121 in die Hauptkammer 122. Erreicht der Druck in der Hauptkammer 122 ein bestimmtes Niveau, wird das Auslaßventil 125 durch den Druck im Ringspalt 150 zwischen dessen zylindrischem Teil 156 und dem Ventilsitz 137 in Öffnungsrichtung nach links verschoben, so dass Druckluft aus der Hauptkammer 122 über die Austrittskammer 123 zum Ausgang 114 strömen kann. Zum Entlüften des mit dem Ausgang 114 verbundenen Sitzpolsters wird der Drehhebel 129 nach links gedreht. Dabei schließt sich das Einlaßventil 124 und das Auslaßventil 125 wird durch den Mitnehmer 130 geöffnet. Gleichzeitig oder geringfügig zeitlich versetzt dazu (dies lässt sich bevorzugt durch eine variable Fixierung der Mitnehmer 130 bzw. 131 auf der Achse des Drehhebels 129 einstellen) öffnet sich das Entlüftungsventil 126, so dass Druckluft aus dem Sitzpolster über den Ausgang 114, die Austrittskammer 123, die Hauptkammer 122 und den Ausgang 115 in die Umgebung entweichen kann. Die Dynamik, mit der das Befüllen oder Entleeren des Sitzpol sters geschieht, wird dabei vom bereitgestellten Querschnitt an den jeweiligen Ventilsitzen beeinflußt. Dabei weist das Einlaßventil 124 auch in diesem Ausführungsbeispiel zwei abgestufte konische Abschnitte 134 bzw. 164 auf, die unterschiedliche Anforderungen der Fahrdynamik abdecken. Gemäß einer nicht dargestellten vorteilhaften Weiterbildung können auch am Auslaßventil 125 mehrere abgestufte konische Abschnitte vorgesehen sein.
Eine besonders einfache Ausführungsform eines Ventilsystems ist in 11 dargestellt. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass neben einem Einlaßventil 424 nur noch ein Entlüftungsventil 426 vorhanden ist, welches auch die Funktion des Auslaßventils aus den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit übernimmt. Ein Eingang 413 ist mit einer Fluiddruckquelle verbunden. Er steht mit einer Eintrittskammer 421 in Verbindung, die über einen Stömungskanal 449 mit einer Hauptkammer 422 in einem Gehäuse 448 des Ventilsystems in Strömungsverbindung steht. Das zwischen Eintrittskammer 421 und Hauptkammer 422 angeordnete Einlaßventil 424 dichtet in Schließstellung mit einem in der Eintrittskammer 421 verschiebbar geführten Anschlag 439 und einer vor diesem Anschlag 439 angeordneten Dichtung 442 den Stömungskanal 449 gegen einen Ventilsitz 436 ab. Das Einlaßventil 424 weist wiederum einen zylindrischen Abschnitt 452 und wenigstens einen Konus 434 auf, der nach vorn in eine zylindrische Spitze 454 übergeht. Optional ist auch beim Einlaßventil 424 analog zur 4 oder 5 ein zweiter Konus mit einem anderen Steigungswinkel zur Anpassung an eine veränderte Fahrdynamik vorgesehen. Das Einlaßventil 424 ist rückseitig auf der Seite des Anschlags 439 durch eine Feder 445 leicht in Schließrichtung vorgespannt.
Oberhalb des Einlaßventils 424 ist analog zur 2 ein Entlüftungsventil 426 vorgesehen, das mit einem zylindrischen Schaft in einer Führung 433 parallel zum Einlaßventil 424 verschiebbar geführt ist. Das Entlüftungsventil 426 liegt von der Innenseite der Hauptkammer 422 her gesehen in Schließstellung mit einem Anschlag 441 und einer davor angeordneten Dichtung 444 an einem Ventilsitz 438 dichtend an und verschließt dadurch einen Stömungskanal 451, der die Hauptkammer 422 mit einer Fluiddrucksenke, in der Regel mit der Umgebung verbindet. Im Gegensatz zur 2 weist das Entlüftungsventil 426 in 11 wenigstens einen Konus 457 bzw. 458 auf, der bei einer Verschiebung des Entlüftungsventils 426 nach links im Zusammenwirken mit dem Ventilsitz 438 einen Stömungskanal 451 freigibt, der sich bei einer weiteren Verschiebung kontinuierlich oder diskontinuierlich vergrößert. Die Betätigung des Einlaßventils 424 und des Entlüftungsventils 426, das bei dieser Ausführungsform auch die Funktion des Auslaßventils mit wahrnimmt, erfolgt durch ein Gestänge 429 im Zusammenwirken mit einem nicht dargestellten Antrieb (analog zum Antrieb 27 und dem Ritzel 28 in 2). Durch diese wird das Gestänge 429 gemäß dem Doppelpfeil in 11 linear verschoben. Ein mit dem Gestänge verbundener Mitnehmer 430 nimmt bei einer Bewegung nach rechts das Einlaßventil 424 in Öffnungsrichtung mit. Ein mit dem Mitnehmer 430 zusammenwirkender Mitnehmer 431 ist mit dem Entlüftungsventil 426 gekoppelt und nimmt dieses bei einer Bewegung des Gestänges 429 nach links in Öffnungsrichtung mit. Das Befüllen eines mit dem Ausgang 414 gekoppelten Sitzpolsters erfolgt durch eine Öffnung des Einlaßventils 424. Solange die zylindrische Fläche 452 mit dem Ventilsitz 436 zusammenwirkt, erfolgt eine konstant niedrige Einströmung des Druckfluids. Sobald der Konus 434 in den Ventilsitz 436 eintritt, vergrößert sich der Stömungskanal 449 bei jeder weiteren Verschiebung stetig. Es versteht sich, dass auch hier am Einlaßventil 424 mehrere abgestufte Konusflächen oder auch andere Steuerkurven vorgesehen sein können. Der Druck in der Hauptkammer 422 gelangt über den Auslaß 414 in das betreffende Sitzpolster und baut dort den gewünschten Druck auf. Sobald der Druck vermindert werden soll, wird das Gestänge 429 nach links bewegt, wobei sich zunächst das Einlaßventil 424 schließt und dann über den Mitnehmer 430 und 431 das Entlüftungsventil 426 nach links bewegt wird. Solange das Entlüftungsventil 426 mit einem zylindrischen Abschnitt mit dem Ventilsitz 438 zusammenwirkt, entweicht nur eine konstant geringe Menge des Druckfluids. Sobald der zweite Konus 458 oder der erste Konus 457 in den Bereich des Ventilsitzes 438 eintreten, wird dagegen ein größer werdender Stömungskanal 451 frei gegeben. Auch hier gilt, daß der Konus 458 mit einem schwächeren Neigungswinkel für eine leichte Fahrdynamik und der Konus 457 mit einem stärkeren Neigungswinkel für eine ausgeprägtere Fahrdynamik vorgesehen ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 11 ist selbstverständlich auch mit dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel kombinierbar, so dass das Einlaßventil 424 und das Entlüftungsventil 426 dann auch auf einer Kreisbahn angeordnet sind, wobei das Auslaßventil in diesem Falle entbehrlich ist und der Ausgang 114 bzw. 414 unmittelbar mit der Hauptkammer 122 bzw. 422 kommuniziert.
In den 12 bis 15 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines Ventilsystems dargestellt. In einem Gehäuse 548 sind ein einem Eingang 513, der mit einer Fluiddruckquelle verbunden ist, zugeordnetes Einlaßventil 524 und ein mit einem Ausgang 515 zur Umgebung verbundenes Entlüftungsventil 526 angeordnet. Die Ausgangsseite des Einlaßventils 524 und die Eingangsseite des Entlüftungsventils 526 stehen mit einer Hauptkammer 522 des Gehäuses 548 in Verbindung. Aus der Hauptkammer 522 mündet ferner ein Ausgang 514 aus, der mit einem Sitzpolster 8, 9, 10 bzw. 11 in Verbindung steht.
Im Gehäuse 548 ist ein Antrieb 527 in Form eines Elektromotors angeordnet, dessen auf der Abtriebsseite angeordnetes Ritzel 528 über einen Zahnriemen 566 mit einer Riemenscheibe 567 in Verbindung steht. Die Riemenscheibe 567 ist in drehfest mit einer Gewindespindel 570 verbunden, die parallel zur Achse des Einlaßventils 524 und des Auslaßventils 526 in zwei mit dem Gehäuse 548 verbundenen Lagern 568 und 571 drehbar gelagert ist. Auf der Gewindespindel 570 ist eine Mutter 573 angeordnet, deren Innengewinde mit dem Außengewinde der Gewindespindel 570 in Eingriff steht. Die Mutter 573 ist in einem Aufnahmeraum 576 (siehe 15) eines Mitnehmers 530 aufgenommen. Zwei als Federn oder Gummiblöcke ausgebildete Dämpfer 569 bzw. 572 an beiden lagerseitigen Enden der Gewindespindel 570 bremsen den Anschlag der Mutter 573 in den Endlagen und verhindern deren Festkontern an den Lagern 568 bzw. 571.
Parallel zur Gewindespindel 570 sind im Gehäuse 548 zwei Führungsstangen 574 bzw. 575 fest angeordnet. Der käfigartige Mitnehmer 530 weist auf beiden Stirnseiten je eine Aussparung 577 bzw. 578 auf, durch welche die Gewindespindel 570 hindurch tritt. Der Mitnehmer 530 weist ferner eine Führungsnut 579 auf, die mit der Führungsstange 575 im Eingriff steht, so dass die Mutter 573 in Verbindung mit dem sie aufnehmenden Mitnehmer 530 bei einer Verdrehung der Gewindespindel 570 nur eine Längsbewegung parallel zur Führungsstangen 575 ausführen kann. Der Mitnehmer 530 weist ferner eine Betätigungsfläche 580 auf, die bei einer Betätigung der Mutter 573 in Richtung des Pfeils A in 12 in Anlage mit der Spitze 554 des Einlaßventils 524 gerät. Bei einer Betätigung der Mutter 573 in Richtung des Pfeils B in 12 drückt der Mitnehmer 530 gegen einen weiteren Mitnehmer 531, der mittels einer Bohrung 581 an der Führungsstange 574 verschiebbar gelagert ist, der ferner mit einer Führungsnut 582 die andere Führungsstange 575 umgreift und somit zusätzlich an dieser geführt ist und der schließlich mittels einer am anderen Ende angeordneten Betätigungsgabel 583 in eine Mitnahmenut 585 am Entlüftungsventil 526 eingreift. Bei einer Betätigung der Mutter 573 in Richtung des Pfeils B wird der Ventilkörper des Entlüftungsventils 526 mit seinem Schaft 581 in der Führung 533 in 12 und 13 nach oben und in 18 und 19 gegen den Druck einer die Führungsstange 574 umgebenden Feder 547 nach rechts bewegt, wobei nach dem abheben einer in einer Dichtungsnut 563 angeordneten Dichtung 544 vom Ventilsitz 538 ein Strömungskanal 551 zunächst von einem zylindrischen Abschnitt 587 mit einem sehr geringen Kreisringquerschnitt, dann von einem ersten Konus 558 mit einem kleinen Konuswinkel, anschließend von einem zweiten Konus 557 mit einem größeren Konuswinkel und schließlich von der Spitze 588 mehr und mehr freigegeben wird. Durch den sich vergrößernden Strömungskanal 551 wird die Hauptkammer 522 mit dem Ausgang 515 und damit mit der Umgebung in Verbindung gebracht, wodurch eine Entlüftung des mit dem Ausgang 514 verbundenen Sitzpolsters stattfindet.
Bei einer Bewegung der Mutter 573 in Richtung des Pfeils A in 12 nimmt der Mitnehmer 530 nur den Ventilkörper des Einlaßventils 524 mit, der sich in 12 und 13 nach unten und in 16 und 17 nach links bewegt. Der Mitnehmer 531 wird von dieser Bewegung nicht berührt; die Feder 547 drückt den Mitnehmer 531 und damit das Entlüftungsventil 526 in dessen Schließposition. Bei der Bewegung des Einlaßventils 524 in Richtung des Pfeils A gibt der Ventilkörper des Einlaßventils 524 nach dem Abheben der in einer Dichtungsnut 553 angeordneten Dichtung 542 vom Ventilsitz 536 zunächst über einen zylindrischen Abschnitt 552 einen sehr geringen Kreisringquerschnitt des Strömungskanals 549 frei. Bei weiterer Verschiebung des Ventilkörpers vergrößert sich dieser Kreisringquerschnitt, da der Durchmesser des Ventilkörpers über einen ersten Konus 534, einen zweiten Kanus 584 und einen dritten Konus 564 bis hin zur Spitze 554 immer weiter abnimmt.
Der als Antrieb 524 eingesetzte Elektromotor wird beispielsweise mit einer Drehzahl von 6000 bis 12.000 Umdrehungen pro Minute betrieben. Das Übersetzungsverhältnis des Ritzels 528 zur Riemenscheibe 567 beträgt etwa 1:3, so daß die Drehzahl der Gewindespindel 570 etwa 2000 bis 4000 Umdrehungen pro Minute beträgt. Die Steigung der Gewindespindel 570 beträgt etwa ein Millimeter pro Umdrehung. Die Führung der Mitnehmer 530 bzw. 531 an den Gewindestangen 574 bzw. 575 ist absolut verkantungsfrei. Der gesamte Antrieb ist sehr robust und zuverlässig, darüber hinaus relativ klein bauend, so daß er problemlos im Sitz untergebracht werden kann und kostengünstig.
Vorzugsweise ist der maximale Querschnitt am Einlaßventil bei allen dargestellten Varianten kleiner als der maximale Querschnitt am Auslaßventil oder am Entlüftungsventil. Die Fluiddrücke, mit denen das Ventilsystem betrieben wird, liegen vorzugsweise bei 1 bis 2 bar.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. So kann der Kerngedanke, zumindest das Einlaßventil mit einem kontinuierlich veränderbaren Durchtrittsquerschnitt bzw. Stömungskanal zu versehen, auch durch mehr als zwei hintereinander gestaffelt angeordnete konische Abschnitte oder durch einen durchgehend durch eine begrenzende Kurve, wie eine Parabel, erzeugten achsensymmetrischen Rotationskörper realisiert werden. Mittels der Erfindung ist in jedem Falle eine verbesserte Anpassung an fahrdynamische Anforderungen gewährleistet, als dies durch Ventile mit einer reinen Auf-/Zu-Funktion realisierbar wäre.
Abgesehen von der beschriebenen Funktion zur Anpassung der Abstützkräfte in den Sitzpolstern an fahrdynamische Anforderungen kann das Ventilsystem auch hervorragend für eine Massagefunktion von wechselweise mit einem Fluid beaufschlagten und wieder entlasteten Sitzpolstern verwendet werden. Durch eine bezüglich Intensität; Reihenfolge der Ansteuerung und Intervalldauer einstellbare Steuerung können so mehrere Massageprogramme realisiert werden, die auch bei stationären Sitzmöbeln vorteilhaft verwendbar sind.
In den 20 bis 22 ist eine Steuerung beschrieben, mittels derer insbesondere ein vorstehend beschriebenes Ventilsystem vorteilhaft so angesteuert werden kann, dass fahrdynamische Einflüsse auf das Fahrzeug frühzeitig erkannt und über eine Beaufschlagung bzw. Entlüftung der betreffenden Sitzpolster einer Verlagerung des Körpers der Insassen entgegengewirkt wird.
An einer mit einem Lenkrad 600 verbundenen Lenksäule 601 ist ein Zahnkranz 602 drehfest angeordnet, der mit einem seitlich der Lenksäule 601 drehbar gelagerten Ritzel 603 in Eingriff steht. Das Ritzel 603 steht mit einem Potentiometer 604 in Verbindung. Das Potentiometer 604 erzeugt ein dem Lenkeinschlag entsprechendes Signal, wobei dieses bereits kurz vor der Kurve bei Beginn der Lenkbewegung erzeugt wird. Der Steuerung wird ferner ein geschwindigkeitsabhängiges Signal eines Tacho-Signalgebers 605 zugeführt, das über einen Operationsverstärker 606 verstärkt wird. Die Steuerung 607 wertet beide Signale aus und setzt diese in eine Ansteuerung des Antrieb 527 bzw. eines Antrieb 590 um.
Während der Antrieb 527 den in 1 dargestellten Sitzpolstern 9 bzw. 11 auf der linken Seite des Fahrzeugsitzes 1 zugeordnet ist, ist der Antrieb 590 den Sitzpolstern 8 bzw. 10 auf der rechten Seite des Fahrzeugsitzes 1 zugeordnet.
In die Antriebe 527 bzw. 590 werden umso stärker für eine schnelle Verstellung der zugeordneten Einlaß- bzw. Entlüftungsventile 524 bzw. 526 beaufschlagt, je höher die Fahrzeuggeschwindigkeit und je größer der Lenkeinschlag ist. Dabei werden in einer Rechtskurve die linken Sitzpolster 9 bzw. 11 und in einer Linkskurve die rechten Sitzpolster 8 bzw. 10 mit einem entsprechend einer wachsenden Querbeschleunigung steigenden Druck beaufschlagt.
Bei Fahrzeugen, die bereits mit Sensoren eines elektronischen Fahrsicherheitsprogramms (z. B. ESP und/oder ABS) ausgestattet sind, welche ein zur Geschwindigkeit der gelenkten Räder proportionales Signal liefern, können diese Signale an Stelle des Signals des Tacho-Signalgebers 605 von der Steuerung 607 ausgewertet werden. Die Differenzgeschwindigkeit der gelenkten Räder lässt auch Rückschlüsse auf den Lenkeinschlag zu, so dass die gleichen Signale unter Umständen zusätzlich das Signal des Potentiometers 604 ersetzen können. Ebenso können vorhandene Signale einer Servolenkung ausgewertet werden, wobei diese mit wachsender Geschwindigkeit ein degressives Verhalten aufweisen, während der Druck in den Sitzpolstern bei einer Kurvenfahrt mit höherer Geschwindigkeit ein progressives Verhalten aufweisen sollte. Das Geschwindigkeitssignal der Servolenkung muss daher invertiert bzw. entsprechend umgewandelt werden.
An Stelle der vorstehend beschriebenen Steuerung mit einem Potentiometer und Operationsverstärkern kann selbstverständlich auch eine digitale Steuerung mit einem entsprechend gespeicherten Steuerungsprogramm vorgesehen sein, in welchem zusätzlich zur Fahrzeuggeschwindigkeit und zum Lenkeinschlag das Gewicht der auf dem Fahrzeugsitz 1 befindlichen Person sowie eventuell eine individuelle Programmauswahl (z. B. Komfort oder Sport) berücksichtigt werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 23 bis 26 beschrieben.
Dabei stellt die 23 eine modifizierte 2 und die 24 eine modifizierte 11 dar, bei der der Mitnehmer 30 bzw. 430 an seinem stirnseitigen Ende mit einem Schaltelement 611 versehen ist, das einen Mikroschalter 610 betätigt, der an einer Wand des Gehäuses 48 bzw. 448 in einer einer Nullstellung des Mitnehmers 30 bzw. 430 entsprechenden Position angeordnet ist. Als Nullstellung wird dabei die Position bezeichnet, in der sich die Ventile 24, 25 und 26 bzw. 424 und 426 in ihrer Schließposition befinden.
Am Gestänge 29 bzw. 429 ist ein Mitnehmerteil 612 angeordnet, das in eine Mitnehmergabel 613 eines Schiebepotentiometers 615 eingreift und entsprechend der Stellung des Mitnehmers 30, 430 und damit auch entsprechend der Ventilstellung der Ventile 24, 25 und 26 bzw. 424 und 426 einen Schleifkontakt 614 des Schiebepotentiometers 615 bewegt. Das Schiebepotentiometer 615 erzeugt in Abhängigkeit von der Stellung des Schleifkontakts 614 ein der Stellung der Ventile 24, 25, 26 bzw. 424 und 426 proportionales Signal, welches von einer elektronischen Steuerung 607 für den Antrieb 27 ausgewertet wird. Der Steuerung 607 wird ferner entsprechend der jeweiligen Anwendung, bei der die Ventile 24, 25, 26 bzw. 424 und 426 zum Einsatz kommen, ein IST-Wert für eine gewünschte Stellung der Ventile zugeführt, der einem entsprechenden variablen Volumenstrom und/oder einem entsprechenden variablen Druck für die jeweilige Anwendung entspricht.
Für bestimmte Anwendungen kann es ausreichend sein, die Position der Ventile 24, 25, 26 bzw. 424 und 426 einschließlich der Nullposition ausschließlich durch das Schiebepotentiometer 615 zu überwachen. Für die meisten Anwendungen wird es jedoch sinnvoll sein, zusätzlich für ein definiertes Ansteuern einer Nullpo sition einen Mikroschalter 610 zur Verfügung zu haben, der durch einen mechanisch betätigten Mitnehmer 30 bzw. 430 ausgelöst für ein Abschalten des Antriebs 27 in der Nullposition sorgt.
Bei der Erfindung dienen somit die Mitnehmer 30 bzw. 430 gleichzeitig als Übertragungsorgan für einen Positionsdetektor, der als Schiebepotentiometer 615 und/oder als Mikroschalter 610 ausgebildet ist. An Stelle eines mechanisch betätigten Mikroschalters 610 können alternativ auch andere Endlagen-Schalter, beispielsweise in Form von Magnetkontakten, Lichtschranken oder Impuls-Zählern zum Einsatz kommen.
Bei der Ausführungsform gemäß 25 werden ein Einlaßventil 524 und ein Entlüftungsventil 526 durch einen Mitnehmer 530 betätigt, der mit einer Mutter 573 verbunden ist, die durch eine Gewindespindel 570 betätigt wird. Die Gewindespindel 570 wird durch einen elektrischen Antrieb 527 mittels eines Ritzels 528 angetrieben. Am freien Ende des Mitnehmers 530 ist ein Schaltelement 611 angeordnet, das zur Betätigung eines Mikroschalters 610 in einer Nullposition der Ventile 524 bzw. 526 dient. Die Spannungszufuhr zum Antrieb 527 weist einen positiven Leiter 616 und einer negativen Leiter 617 auf. Zwischen diesen beiden Leitern ist ein Schaltpunkt 618 vorgesehen, der durch eine Sperrdiode 619 gegenüber dem positiven Leiter 616 und durch eine Sperrdiode 620 gegenüber dem negativen Leiter 617 in Rückflussrichtung elektronisch gesperrt ist. Unabhängig von der Drehrichtung des Antriebs 527 liegt dadurch am Schaltpunkt 618 stets ein positives Signal an. Dieses positives Signal wird über einen schematisch angedeuteten Leiter 628 auf den Mikroschalter 610 übertragen.
Ergänzend dazu kann – wie im unteren Teil der 25 schematisch angedeutet - am Mitnehmer 530 auch ein Mitnehmerteil 612 vorgesehen sein, das in eine Mitnehmergabel 613 eines Schleifkontakt 614 eines Schiebepotentiometers 615 eingreift. Das Schiebepotentiometer 615 sie liefert einen IST-Wert für die aktuelle Position der Ventile 524 bzw. 526 an die Steuerung 607.
In 26 ist eine Ausführungsform mit einem einzigen Einlaßventil 524 gezeigt, das beispielsweise zur Steuerung einer Gasmenge für einen Brenner eines Wasserboilers geeignet ist. Da zwischen dem Einlaß 513 und dem Auslaß 514 brennbares Gas durch das Gehäuse 548 strömt, sind alle elektrischen Bauteile, die eventuell einen Funken erzeugen könnten, durch Trennwände von der Hauptkammer des Gehäuses 548 abgeteilt. So ist der Antrieb 527 in einem Aufnahmeraum 621 des Gehäuses 548 angeordnet, der mittels einer Trennwand 622 von der Hauptkammer des Gehäuses 548 abgeteilt ist. Die Durchführung der Abtriebswelle 629 des Antriebs 527 durch die Trennwand 622 zum Ritzel 528 ist mittels einer Dichtung 623 gasdicht abgedichtet. Die Positionsdetektoren für die Stellung des Ventils 524 sind in einem weiteren Aufnahmeraum 624 angeordnet, der mittels einer Trennwand 625 von der Hauptkammer des Gehäuses 548 abgeteilt ist. Der durch die Mutter 573 auf der Gewindespindel 570 betätigte Mitnehmer 530 für die Verstellung des Ventils 524 ist mit einem Schaltgestänge 627 verbunden, das durch eine Dichtung 626 gasdicht in den Aufnahmeraum 624 hineingeführt ist. Am Schaltgestänge 627 ist zum einen ein Schaltelement 611 zur Betätigung eines an einer Wand des Aufnahmeraums 624 angeordneten Mikroschalters 610 zum Abschalten des Antriebs 527 in dessen Nullposition angeordnet. Zum anderen ist am Schaltgestänge 627 ein Mitnehmerteil 612 vorgesehen, das in eine Mitnehmergabel 613 eines Schleifkontakts 614 eines Schiebepotentiometers 615 eingreift. Der Mikroschalter 610 und das Schiebepotentiometer 615 stehen über Signalleitungen mit der Steuerung 607 in Verbindung, welcher weiterhin ein Signal des Schaltpunkts 618 zugeführt wird, solange der Antrieb 627 – unabhängig von der Drehrichtung – mit einer Antriebsspannung beaufschlagt wird.
In der Steuerung 607 wird ein von der jeweiligen Anwendung des Ventilsystems geforderter SOLL-Wert für die Stellung des Ventils 524 mit dem vom Schiebepotentiometer 615 gelieferten IST-Wert verglichen. Sobald der IST-Wert den gewünschten SOLL-Wert erreicht, erfolgt eine Abschaltung des Antriebs 527 in der gerade erreichten Position. Sobald sich durch das Steuerprogramm oder durch von außen geänderte Parameter der SOLL-Wert ändert, wird der Antrieb 527 erneut solange betätigt, bis der vom Potentiometer ermittelte IST-Wert wieder damit übereinstimmt. Beim Erreichen der Schließposition erfolgt in jedem Falle ein Abschalten des Antriebs 527 durch den Mikroschalter 610.
Die in den 23 bis 26 gezeigten Ventilsystem sind für verschiedenste Anwendungszwecke geeignet. Für das Öffnen und Schließen von Türen, beispielsweise in öffentlichen Verkehrsmitteln, werden bislang oft komplizierte und kostspielige Getriebe verwendet. Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Ventilsystems für die Ansteuerung eines Pneumatikzylinders kann durch den sehr fein dosierbaren variablen Volumenstrom ein sehr sanftes Öffnen und Schließen solcher Türen auf sehr kostengünstige Art erreicht werden.
Für die Gasversorgung von Wasserboilern werden bislang einfache Auf-/Zu-Ventile eingesetzt, welche nur in Verbindung mit sehr komplizierten und kostspielige Steuerungen einer Anpassung zwischen der Gasflamme und einem variierenden Wasser-Volumenstrom zum Halten einer konstanten Wassertemperatur ermöglichen. Durch das in 26 gezeigte Ventil kann die Gasmenge in einfacher Weise proportional an einen sich ändernden Wasser-Volumenstrom angepasst werden.
In der Automatisierungstechnik könnten viele Roboter bei Verwendung der erfindungsgemäßen Ventilsysteme der mit Pneumatikzylindern statt mit Schrittmotoren arbeiten, da die Pneumatikzylinder durch die fein dosierbare Ansteuerung mittels der Ventilsysteme exakt in vorgegebene Positionen bewegt werden können.
Im Apparatebau und Anlagenbau, wo hauptsächlich variable Volumenströme erforderlich sind, können diese auf einfache und kostengünstige Weise durch die erfindungsgemäßen Ventilsysteme bereitgestellt werden. Beispiele sind hierfür begaste Fermentationen und Rührapparate in Bereichen der Biotechnologie.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Ventilsystems bietet sich bei medizinischen und orthopädischen Geräten, beispielsweise für einfache Massagegeräte, die in Form von mit Druck beaufschlagbaren Manschetten mit zwei oder mehreren hintereinander geschalteten Luftkammern zur Beseitigung von Durchblutungsstörungen über Arme oder Beine gezogen und mit einstellbaren Massagerhythmus und Massagedruck beaufschlagbar sind.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die Mikroschalter 610 und deren Schaltelemente 611 bezüglich ihrer Anordnung austauschbar sind: der Mikroschalter 610 kann am Gehäuse fest angeordnet und das Schaltelement 611 beweglich am Mitnehmer 30, 430 bzw. 530 oder am Schaltgestänge 627 angeordnet sein; es kann aber auch alternativ der Mikroschalter 610 beweglich am Mitnehmer 30, 430 bzw. 530 oder am Schaltgestänge 627 und ein in diesem Fall als Anschlag ausgebildetes Schaltelement 611 fest am Gehäuse angeordnet sein.
An Stelle eines Schiebepositiometers 615 kann bei einer Anordnung mehrerer Ventile auf einer Kreisbahn entsprechend 5 auch ein Drehpotentiometer als IST-Wertgeber für die Position des Ventils verwendet werden. Eine weitere Alternative oder Ergänzung besteht in der Verwendung eines Drucksensors als IST-Wert-Geber an Stelle eines Potentiometers, insbesondere wenn es bei der Anwendung auch auf die Einstellung eines bestimmten Druckes ankommt.

1: Fahrzeugsitz
2: Sitzfläche (von 1)
3: Sitzlehne (von 1)
4: (rechter) Seitenwulst (von 2)
5: (linker) Seitenwulst (von 2)
6: (rechter) Seitenwulst (von 3)
7: (linker) Seitenwulst (von 3)
8: Sitzpolster (in 4)
9: Sitzpolster (in 5)
10: Sitzpolster (in 6)
11: Sitzpolster (in 7)
12: Ventilsystem (Sitzfläche links)
13: Eingang (von Fluiddruckquel
: le)
14: Ausgang (zu 9)
15: Ausgang (an Umgebung)
16: Leitung (von 14 zu 9)
17: Ventilsystem (Lehne links)
18: Eingang (von Fluiddruckquel
: le)
19: Ausgang (zu 11)
20: Ausgang (an Umgebung)
21: Eintrittskammer
22: Hauptkammer
23: Austrittskammer
24: Einlaßventil
25: Auslaßventil
26: Entlüftungsventil
27: Antrieb
28: Ritzel
29: Gestänge
30: Mitnehmer (für 24, 25)
31: Mitnehmer (für 26)
32: Führung (für 29)
33: Führung (für 26)
34: erster Konus (von 24)
35: konischer Teil (von 25)
36: Ventilsitz (für 24)
37: Ventilsitz (für 25)
38: Ventilsitz (für 26)
39: Anschlag (an 24)
40: Anschlag (an 25)
41: Anschlag (an 26)
42: Dichtung (an 24)
43: Dichtung (an 25)
44: Dichtung (an 26)
45: Feder (an 24)
46: Feder (an 25)
47: Feder ( an 26)
48: Gehäuse
49: Stömungskanal (an 36)
50: Stömungskanal (an 37)
51: Stömungskanal (an 38)
52: zylindrische Fläche (von 24)
53: Dichtungssitz (an 24)
54: Spitze (von 24)
55: Innendurchmesser (von 36)
56: Spitze (von 25)
62: zylindrische Fläche (von 25)
63: Dichtungssitz (an 25)
64: zweiter Konus (an 24)
100: Drehpunkt
113: Eingang
114: Ausgang (zum Sitzpolster)
115: Ausgang (an Umgebung)
121: Eintrittskammer
122: Hauptkammer
123: Austrittskammer
124: Einlaßventil
125: Auslaßventil
126: Entlüftungsventil
127: Antrieb
129: Drehhebel
130: Mitnehmer
131: Mitnehmer
133: Führung
134: (erster) Konus (von 124)
135: konischer Teil (von 125)
136: Ventilsitz (für 124)
137: Ventilsitz (für 125)
138: Ventilsitz (für 126)
139: Anschlag (an 124)
140: Anschlag (an 125)
141: Anschlag (an 126)
142: Dichtung (an 124)
143: Dichtung (an 125)
144: Dichtung (an 126)
145: Feder (an 124)
146: Feder (an 125)
147: Feder (an 126)
148: Gehäuse
149: Strömungskanal (an 136)
150: Strömungskanal (an 137)
151: Strömungskanal (an 138)
152: zylindrische Fläche (von 124)
156: zylindrische Fläche (von 125)
164: zweiter Konus (an 124)
165: Spitze (an 125)
224: Einlaßventil
225: Auslaßventil
234: erste Keilfläche (an 224)
235: Keilfläche (an 225)
236: zweite Keilfläche (an 224)
237: Ventilsitz (für 225)
238: Ventilsitz für 224)
239: Anschlag (an 224)
240: Anschlag (an 225)
241: Stömungskanal (an 237)
242: Strömungskanal (an 238)
243: Spitze (an 225)
252: zylindrische Fläche (an 224)
253: Dichtungssitz (an 225)
254: Spitze (an 224)
256: zylindrische Fläche (an 225)
257: Dichtungssitz (an 224)
324: Einlaßventil
325: Auslaßventil
334: erster Konus (an 324)
335: konischer Teil (von 325)
336: Ventilsitz (für 324)
337: Ventilsitz (für 325)
338: Anschlag (an 324)
339: Anschlag (an 325)
340: Anschlag (an 325)
342: Dichtung (an 324)
343: Dichtung (an 325)
344: Spitze (von 325)
349: Strömungskanal (an 336)
350: Strömungskanal (an 337)
352: zylindrische Fläche (an 324)
354: Spitze (von 324)
356: zylindrische Fläche (an 325)
364: zweiter Konus (an 324)
413: Eingang
414: Ausgang
415: Ausgang (an Umgebung)
421: Eintrittskammer
422: Hauptkammer
424: Einlaßventil
426: Entlüftungsventil
429: Gestänge
430: Mitnehmer
431: Mitnehmer
433: Führung
434: Konus (an 424)
436: Ventilsitz (für 424)
438: Ventilsitz (für 426)
439: Anschlag (an 424)
441: Anschlag (an 426)
442: Dichtung (an 424)
444: Dichtung (an 426)
445: Feder (an 424)
447: Feder (an 426)
448: Gehäuse
451: Strömungskanal (an 438)
457: erster Konus (an 426)
458: zweiter Konus (an 426)
513: Eingang
514: Ausgang (zu 9)
515: Ausgang (an Umgebung)
522: Hauptkammer
524: Einlaßventil
526: Entlüftungsventil
527: Antrieb
528: Ritzel
530: Mitnehmer
531: Mitnehmer
533: Führung
534: erster Konus (an 524)
536: Ventilsitz (für 524)
538: Ventilsitz (für 526)
539: Anschlag (an 524)
541: Anschlag
542: Dichtung (an 524)
544: Dichtung (an 526)
547: Feder (für 526)
548: Gehäuse
549: Strömungskanal (in 524)
551: Stömungskanal (in 526)
552: zylindrischer Teil (an 524)
553: Dichtungsnut (an 524)
554: Spitze (an 524)
557: zweiter Konus (an 526)
558: erster Konus (an 526)
563: Dichtungsnut (an 526)
564: dritter Konus (an 524)
566: Zahnriemen
567: Riemenscheibe
568: Lager
569: Dämpfer
570: Gewindespindel
571: Lager
572: Dämpfer
573: Mutter
574: Führungsstange
575: Führungsstange
576: Aufnahmeraum (für 573)
577: Aussparung (für 570)
578: Aussparung (für 570)
579: Führungsnut
580: Betätigungsfläche
581: Bohrung (für 574)
582: Führungsnut (für 575)
583: Betätigungsgabel (für 585)
584: zweiter Konus (an 524)
585: Mitnahmenut (an 526)
586: Anschlag (an 526)
587: zylindrische Fläche (an 526)
588: Spitze (an 526)
589: Schaft (an 526)
590: Antrieb (für 8 bzw. 10)
600: Lenkrad
601: Lenksäule
602: Zahnkranz
603: Ritzel
604: Potentiometer
605: Tacho-Signalgeber
606: Operationsverstärker
607: Steuerung
608: Masseanschluß
609: Masseanschluß
610: Mikroschalter
611: Schaltelement
612: Mitnehmerteil
613: Mitnehmergabel
614: Schleifkontakt
615: Schiebepotentiometer
616: Leiter (positiv)
617: Leiter (Negativ)
618: Verknüpfungspunkt
619: Sperrdiode
620: Sperrdiode
621: Aufnahmeraum (für Antrieb)
622: Trennwand
623: Dichtung
624: Aufnahmeraum (für 610/ 615)
625: Trennwand
626: Dichtung
627: Schaltgestänge
628: Leiter
629: Abtriebswelle

Claims

Ventilsystem mit einem von einem Ventilkörper (24, 25, 26; 124, 125, 126; 224, 225; 324, 325; 424, 426; 524, 526) und einem Ventilsitz (36, 37, 38; 136, 137, 138; 237, 238; 336, 337; 436, 438; 536, 538) gebildeten Stömungskanal (49, 50, 51; 149, 150, 151; 241, 242; 349, 350; 451; 549, 551), der bei einer Relativbewegung mittels eines Antriebs (27, 127, 527) zwischen einem Teil (34, 35, 64, 134, 135, 164, 234, 235, 236, 334, 335, 364, 434, 457, 458, 534, 557, 558, 564, 584) des Ventilkörpers und dem Ventilsitz (36, 37, 38; 136, 137, 138; 237, 238; 336, 337; 436, 438; 536, 538) zumindest in einem bestimmten Bewegungsabschnitt einen sich verändernden Querschnitt bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (27, 127, 527) und/oder zumindest ein zwischen dem Antrieb (27, 127, 527) und dem Ventilkörper (24, 25, 26; 124, 125, 126; 224, 225; 324, 325; 424, 426; 524, 526) wirksamer Mitnehmer (30, 31; 130, 131; 430, 431; 530, 531) mit einem Positionsdetektor (615) und/oder einem Endschalter (610) versehen ist, der zur Erfassung der IST-Position und/oder zur Beendung der Bewegung des Ventilkörpers in einer definierten Endlage mit einer Steuerung (607) zusammenarbeitet.
Ventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdetektoren (615) und die Endschalter (610) in einem gemeinsamen Gehäuse (48, 148, 448, 548) mit den den Fluidstrom steuernden Ventilen (24, 25, 26; 124, 125, 126; 224, 225; 324, 325; 424, 426; 524, 526) und deren Antrieben (27, 127, 527) angeordnet sind.
Ventilsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (48, 148, 448, 548) aus Kunststoff besteht.
Ventilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (48, 148, 548) Ventilsitze (36, 37, 38; 136, 137, 138; 336, 337, 436, 438, 439, 536, 538) aus Metall angeordnet sind.
Ventilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verwendung zur Steuerung einer Zufuhr von brennbarem Gas der elektrische Antrieb (27, 127, 527), der Positionsdetektor (615) und der Endschalter (610) innerhalb des Gehäuses (48, 148, 548) in vom Ventil (24, 25, 26; 124, 125, 126; 224, 225; 324, 325; 424, 426; 524, 526) gasdicht abgetrennten Aufnahmeräumen (624) untergebracht sind.
Ventilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrere Ventile (24, 25, 26; 124, 125, 126; 224, 225; 324, 325; 424, 426; 524, 526) vom Fluiddruck und einem einzigen Antrieb (27, 127, 527) gesteuert werden.
Ventilsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ventile (124, 125, 126) auf einer Kreisbahn angeordnet sind und der einzige Antrieb (127) einen Drehhebel (129) und den mit diesem zusammenwirkende Mitnehmer (130, 131) betätigt.
Ventilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer (30, 31; 430, 431; 530, 531) für die Ventile (24, 25, 26; 224, 225; 324, 325; 424, 426; 524, 526) mittels eines durch den einzigen Antrieb (27, 527) betätigbaren, linear geführten Gestänges (29, 429) oder eine Gewindespindel (570) betätigt werden.
Ventilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Querschnitt des Strömungskanals (49, 149, 242, 349, 549) am Einlaßventil (24, 124, 224, 324, 524) kleiner ist als der maximale Querschnitt der Strömungskanäle (50, 51, 150, 151, 241, 350, 551) des Auslaßventils (25, 125, 225, 325) bzw. des Entlüftungsventils (26, 126, 526).
Ventilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (527) zum Betätigen des Einlaßventils (524) und des Entlüftungsventils (526) sowie optional des Auslaßventils von einem Elektromotor (527) gebildet wird, der eine Gewindespindel (570) antreibt, an der eine Mutter (573) gelagert ist, die mit wenigstens einem Mitnehmer (530, 531) verbunden ist, der eine Verschiebung der Ventile (524 bzw. 526) bewirkt und an dem zumindest ein Schaltelement (611) für einen Endschalter (610) angeordnet ist.
Ventilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungs-Leiter (616, 617) für den Antrieb (527) über jeweils eine Sperrdiode (619, 620) mit einem Verknüpfungspunkt (618) verbunden sind, der dadurch einem Schaltkontakt des Endschalters (610) unabhängig von der Drehrichtung des Antriebs (527) einen positiven Spannungswert liefert.