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Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Ventilgehäuse, welches einen Ventilraum umschließt und zumindest eine Ventilöffnung aufweist. Zur Betätigung eines solchen Ventils ist innerhalb des Ventilraumes ein Stellelement angeordnet, welches zwischen einer Schließstellung zum Verschließen der Ventilöffnung und einer Öffnungsstellung zur Freigabe der Ventilöffnung bewegbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Ventilanordnung mit mehreren Ventilen.
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Die Bewegung des Stellelementes zwischen der Öffnungs- und der Schließstellung kann mithilfe von Formgedächtnislegierungen (Shape Memory Alloys, SMA), beispielsweise in Form von Drähten, erfolgen. Dabei handelt es sich um Legierungen, die abhängig von ihrer Temperatur in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen existieren können. Bei Raumtemperatur liegt ein martensitisches Gefüge mit einem tetragonalraumzentrierten Gitter vor, das sich ab einer Umwandlungstemperatur von etwa 80°C in ein austenitisches Gefüge mit einer kubischflächenzentriertes Gitter umwandelt. Ein Draht aus einer solchen Formgedächtnislegierung hat daher die Eigenschaft, dass er sich aufgrund der Gitterumwandlung von einer Martensit- in eine Austenitstruktur bei Erwärmung über die Umwandlungstemperatur verkürzt. Um das SMA-element zu erwärmen, wird dieses üblicherweise mit Strom beaufschlagt, wodurch es sich verkürzt und somit das Stellelement bewegen kann.
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Aus
DE 10 2005 060 217 ist beispielsweise ein Ventil mit einem einen Druckraum umschließenden Ventilgehäuse bekannt, wobei innerhalb des Druckraumes ein Stößel zum Öffnen und Schließen einer Ventilöffnung angeordnet ist. Der Stößel wird dabei zum Öffnen der Ventilöffnung von einem SMA-Element betätigt, welches elektrisch mit einer innerhalb des Ventilgehäuses angeordneten Leiterplatte verbunden ist, um mit Strom beaufschlagt werden zu können. Das SMA-Element ist innerhalb des Druckraumes angeordnet und daher direkt dem Volumenstrom des Ventils, also der durch die Ventilöffnungen in den Druckraum ein- oder ausströmenden Luft ausgesetzt. Für die Betätigung des SMA-Elementes bzw. die dadurch bewirkte Betätigung des Stößels muss jedoch ein sehr enger Temperaturbereich eingestellt werden, was sich bei wechselnden Volumenströmen oder Temperaturen schwierig gestaltet. Dadurch kann das Ventil bzw. die Ventilöffnung zum einen nicht ausreichend geöffnet werden. Zum anderen kann das drahtförmige SMA-Element überhitzen und dadurch beschädigt werden, wodurch sich die Lebensdauer des SMA-Elementes und somit des Ventils reduziert. Durch den Luftstrom kann zudem das SMA-Element auf einem Teil seiner Länge gekühlt werden, wodurch eine ungleichmäßige Erwärmung des SMA-Elementes auftritt, wodurch sich dieses wiederum nicht symmetrisch verkürzen und somit der Stößel möglicherweise nicht geradlinig betätigt wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Ventil sowie eine Ventilanordnung anzugeben, welches hinsichtlich der genannten Nachteile verbessert ist.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Ventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Das Ventil weist ein Ventilgehäuse umfassend einen Gehäusedeckel, einen Gehäuseboden und ein zwischen dem Gehäusedeckel und dem Gehäuseboden angeordnetes Zwischengehäuse. Das Ventilgehäuse umschließt einen Ventilraum, der eine Strömungskammer und eine Betätigungskammer umfasst, wobei das Ventilgehäuse zumindest eine von der Strömungskammer in die Betätigungskammer mündende Ventilöffnung aufweist. Unter Ventilraum ist vorliegend der gesamte, von dem Ventilgehäuse umschlossene Innenraum des Ventiles zu verstehen. Innerhalb der Betätigungskammer sind zumindest ein zwischen einer Schließstellung zum Verschließen der Ventilöffnung und einer Öffnungsstellung zur Freigabe der Ventilöffnung axial bewegbares Stellelement, ein zur Betätigung des Stellelementes in Öffnungsrichtung bzw. Hubrichtung dienendes draht- oder bandförmiges SMA-Element aus einer Formgedächtnislegierung, ein zur Bewegung des Stellelementes in Schließrichtung bzw. Rückstellrichtung dienendes Rückstellelement und eine Leiterplatte angeordnet. Das SMA-Element zur Betätigung des Stellelementes mit einem mittleren Abschnitt an dem Stellelement fixiert und zur Beaufschlagung mit Strom mit seinen Enden mittelbar oder unmittelbar mit der Leiterplatte elektrisch verbunden. Die Strömungskammer und die Betätigungskammer sind durch eine die Ventilöffnung aufweisende Trennwand strömungstechnisch derart voneinander getrennt, dass ein das Ventil bei Betätigung des Stellelementes durchströmendes Fluid durch die Strömungskammer geleitet wird.
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Die Idee der Erfindung besteht somit darin, den Ventilraum, durch welchen ein Fluid, insbesondere Luft strömt, in zwei voneinander strömungstechnisch im Wesentlichen getrennte Teilräume aufzuteilen, nämlich eine Betätigungskammer bzw. einen Aktorraum, innerhalb der alle zur Betätigung des Ventils bzw. zum Öffnen der Ventilöffnung erforderlichen Komponenten angeordnet sind, und eine Strömungskammer, durch welche das Fluid hindurchströmen kann. Dies hat den Vorteil, dass der Hauptstrom des Strömungsfluids lediglich durch die Strömungskammer und somit nicht an den zur Betätigung der Ventilöffnung erforderlichen Komponenten, insbesondere den SMA-Elementen vorbeiströmt, bzw. der Hauptstrom in einem von den SMA-Elementen abgetrennten Bereich geführt wird. Dadurch lässt sich die Temperatur der SMA-Elemente exakter einstellen und regeln, da die Erwärmung und Kühlung der SMA-Elemente weitgehend unabhängig von dem Strom des das Ventil durchströmenden Fluids erfolgt. Zudem sind aufgrund der gleichmäßigen, aber verringerten Kühlung geringere Stromstärken zur Beaufschlagung des SMA-Elementes mit Strom bzw. zur Betätigung des Stellelementes erforderlich, wodurch die Lebensdauer des SMA-Elementes erhöht wird. Durch die separate Führung des Stroms des Fluids lassen sich eine gleichmäßige Strömung des Fluids, ein kleinerer pneumatischer Widerstand sowie eine Geräuschoptimierung erreichen.
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Vorteilhafterweise sind ein erster Bereich der Strömungskammer und ein zweiter Bereich der Strömungskammer über die Ventilöffnung und/oder einen Verbindungskanal miteinander verbunden, wobei die Ventilöffnung und/oder der Verbindungskanal in der Schließstellung des Stellelementes verschlossen und in der Öffnungsstellung des Stellelementes freigegeben sind. Der erste und der zweite Bereich der Strömungskammer sind somit auf unterschiedlichen Seiten der Ventilöffnung angeordnet und über einen Verbindungskanal bzw. einen Verbindungsbereich miteinander verbunden, wobei der erste und der zweite Bereich lediglich bei geöffneter Ventilöffnung fluidisch miteinander verbunden sind. Unter Verbindungskanal ist dabei der Ventilbereich zwischen dem Stellelement zum Verschließen und Freigeben der Ventilöffnung und dem die Ventilöffnung umgebenden Dichtsitz zu verstehen, welcher beispielsweise das Stellelement vollständig umgibt. Der Verbindungskanal ist bei geschlossener Ventilöffnung mit einem der beiden Bereich der Strömungskammern verbunden, sodass sich das Fluid auch innerhalb des Verbindungskanals bzw. des Ventilbereichs verteilt.
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Zur Zuführung von Luft in die Strömungskammer ist der erste Bereich der Strömungskammer vorzugweise mit einer Luftversorgungseinheit verbunden oder verbindbar bzw. das Ventil weist einen in den ersten Bereich der Strömungskammer mündenden Druckanschluss auf. Der zweite Bereich der Strömungskammer ist mit einem Medienspeicher, beispielsweise einem Luftkissen eines Fahrzeugsitzes mit Konturverstellung verbunden oder verbindbar bzw. weist einen in den zweiten Bereich der Strömungskammer mündenden Verbraucheranschluss auf, sodass der Medienspeicher bei geöffnetem Ventil mit Luft befüllt werden kann. Zum Auslassen von Luft aus der Strömungskammer, also zum Entleeren des Medienspeichers, weist die Strömungskammer eine Öffnung zur Atmosphäre auf und/oder ist über eine Öffnung mit der Atmosphäre verbunden bzw. verbindbar. Bei geöffneter Ventilöffnung strömt ein Fluid, insbesondere Luft, durch die Strömungskammer und zwar beispielsweise beim Befüllen des Medienspeichers mit Luft von dem ersten, mit der Luftversorgungseinheit verbundenen Bereich der Strömungskammer über den Verbindungskanal in den zweiten Bereich der Strömungskammer und zu dem Medienspeicher. Beim Entleeren des Medienspeichers strömt das Fluid in die Strömungskammer zurück und von dort über die Öffnung zur Atmosphäre aus dem Ventil heraus. Die Öffnung ist vorzugsweise in dem Gehäusedeckel ausgebildet, der die Strömungskammer oberseitig begrenzt.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Ventils ist die die Strömungskammer und die Betätigungskammer voneinander trennende Trennwand von dem Zwischengehäuse des Ventils gebildet, also einstückig mit diesem ausgebildet. Somit ist die Strömungskammer vorteilhafterweise von dem Zwischengehäuse gebildet bzw. teilweise umschlossen und oberseitig von dem Gehäusedeckel verschlossen und/oder die Betätigungskammer ist von dem Zwischengehäuse gebildet bzw. teilweise umschlossen und unterseitig von dem Gehäuseboden verschlossen. Dies hat den Vorteil, dass zur Ausbildung der beiden Kammern keine weiteren, separaten Komponenten erforderlich sind, sodass eine kostengünstige Herstellung und eine einfache Montage des Ventils erreicht werden. Um die Anzahl der für die Funktionalität des Ventils erforderlichen Komponenten weiter zu reduzieren, sind bei einer vorteilhaften Ausführungsform auch der Druckanschluss und/oder der Verbraucheranschluss sowie Führungsmittel zur Führung des Stellelementes und/oder Befestigungsmittel zur Fixierung der Leiterplatte innerhalb des Ventilgehäuses einstückig mit dem Zwischengehäuse ausgebildet bzw. in dieses integriert.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Strömungskammer und die Betätigungskammer über zumindest einen Luftspalt fluidisch verbunden. Der Luftspalt oder Fluidkanal ist dabei somit in einem die Ventilöffnung umgebenden Bereich angeordnet, führt insbesondere von der Strömungskammer, insbesondere dem Verbindungskanal bzw. dem Ventilbereich und/oder dem ersten Bereich der Strömungskammer in die Betätiungskammer. Durch die fluidische Verbindung der Strömungskammer und der Betätigungskammer durch den zumindest einen Fluidkanal bzw. Luftspalt auch bei geschlossener Ventilöffnung wird zwar ein Druckausgleich zwischen der Strömungskammer und der Betätigungskammer gewährleistet, es strömt jedoch lediglich ein Nebenstrom des Strömungsfluids in die Betätigungskammer und somit um die SMA-Elemente. Aufgrund des geringen Volumens der Betätigungskammer ist der Druck rasch ausgeglichen. Wird das Stellelement betätigt und die Ventilöffnung geöffnet, strömt ein Hauptstrom des Fluides fast ausschließlich durch die Strömungskammer, also ersten Bereich, Verbindungskanal und Ventilöffnung sowie zweiten Bereich. Dadurch wird erreicht, dass keine pneumatischen Kräfte auf das Stellelement oder das SMA-Element wirken. Zudem verhindert der zumindest eine Luftspalt durch den stetigen Luftaustausch einen Wärmestau innerhalb der Betätigungskammer. Durch die aktive, aber kontrollierte Kühlung lassen sich ferner kurze Schaltzeiten des Ventils erreichen. Dadurch, dass der Luftspalt in einem die Ventilöffnung umgebenden Bereich angeordnet ist, insbesondere symmetrisch, wird eine gleichmäßige Kühlung und somit eine gleichmäßige Kontraktion der üblicherweise symmetrisch um die Ventilöffnung angeordneten SMA-Elemente erreicht, da sich der Nebenstrom des Fluides homogen in der Betätigungskammer verteilt. Der Hauptstrom bei geöffneter Ventilöffnung strömt weiterhin nahezu ausschließlich durch die Strömungskammer, genauer von deren erstem Bereich über den Verbindungskanal und die Ventilöffnung zu deren zweitem Bereich und umgekehrt. Um dies zu gewährleisten, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform ein Öffnungsquerschnitt des zumindest einen Luftspaltes kleiner als ein Öffnungsquerschnitt des Verbindungskanals und/oder der Ventilöffnung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich der Strömungskammer. Ferner ist der Öffnungsquerschnitt des zumindest einen Luftspaltes vorzugsweise derart gewählt, dass eine Kühlung der SMA-Elemente proportional zum Volumenstrom des in die Betätigungskammer einströmenden Fluides erfolgt, die Kühlung der SMA-Elemente also über den Öffnungsquerschnitt geregelt wird. Ferner werden hierdurch eine starke Kühlung der SMA-Elemente und starke Verwirbelungen innerhalb der Betätigungskammer vermieden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trennwand eine die Ventilöffnung zumindest teilweise umlaufende und sich in Bewegungsrichtung des Stellelementes in die Betätigungskammer hinein erstreckende Zwischenwand auf, die einen Aufnahmeraum für das Stellelement ausbildet, wobei das Stellelement, insbesondere ein erster, der Ventilöffnung zugewandter Endabschnitt des Stellelementes in dem Aufnahmeraum geführt ist, und wobei der zumindest eine Luftspalt von der Strömungskammer in den Aufnahmeraum mündet. Durch den Druckausgleich über den Luftspalt wird bereits gewährleistet, dass das SMA-Element kaum von Fluid umströmt wird. Durch die Ausbildung des Aufnahmeraums und den darin mündenden Luftspalt wird weiter sichergestellt, dass sofern das SMA-Element überhaupt von dem Fluid umströmt wird, dies lediglich in einem mittleren Abschnitt, der an dem innerhalb des Aufnahmeraumes geführten Stellelementes angeordnet ist, erfolgt, sodass eine unterschiedliche und weitreichende Kühlung des SMA-Elementes über dessen gesamte Länge vermieden wird.
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An dem ersten, der Ventilöffnung zugewandten Endabschnitt weist das Stellelement insbesondere ein die Ventilöffnung verschließendes Dichtelement auf, welches zur Ausbildung des zumindest einen Luftspaltes seitlich beabstandet vor der den Aufnahmeraum ausbildenden Zwischenwand endet.
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Um sowohl ein Befüllen als auch ein Entlüften des Medienspeichers mit nur einem Ventil bewerkstelligen zu können, ist bei einer Variante des Ventils innerhalb des Ventilraumes, insbesondere innerhalb der Strömungskammer, besonders bevorzugt innerhalb des zweiten Bereiches der Strömungskammer ein Stellglied angeordnet, welches derart drehbar bzw. schwenkbar an dem Zwischengehäuse gelagert und mit dem Stellelement gekoppelt ist bzw. wechselwirkt, dass die Öffnung zur Atmosphäre bei sich in Schließstellung befindendem Stellelement freigegeben und die Öffnung bei sich in Freigabestellung befindendem Stellelement verschlossen ist. Das Stellglied trägt an einem der Öffnung zur Atmosphäre zugewandten Abschnitt vorzugsweise ein Dichtelement und umfasst ein Rückstellelement, beispielsweise eine Blattfeder, welche das Stellglied in Schließrichtung der Öffnung vorspannt. Mit einer solchen Variante lässt sich ein zyklisches Befüllen und Entlüften des Medienspeichers erreichen, wobei sichergestellt ist, dass das Ventil und somit der Medienspeicher bei nicht betätigtem Stellelement des Ventils stets entlüftet sind.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist ein dem zweiten Bereich der Strömungskammer zugewandter, zweiter Endabschnitt eines Verbraucheranschlusses eine größere lichte Weite auf, als ein dem Medienspeicher zugewandter erster Endabschnitt, wobei insbesondere der der Strömungskammer zugewandte Endabschnitt des Verbraucheranschlusses für den Medienspeicher von dem Zwischengehäuse und/oder dem Gehäusedeckel und der dem Medienspeicher zugewandte Endabschnitt von dem Zwischengehäuse gebildet sind. Mit anderen Worten: Der Endabschnitt des Verbraucheranschlusses, an welcher das Fluid aus der Strömungskammer austritt bzw. in den Verbraucheranschluss einströmt, ist konisch geformt bzw. trichterförmig ausgebildet. Dadurch werden Turbulenzen vermieden und der Durchfluss zu dem Medienspeicher wird verbessert. Der Druckanschluss und/oder der Verbraucheranschluss sind also vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese einen sich zu einem freien Ende hin verjüngenden ersten, dem Ventilraum abgewandten Endabschnitt und einen zweiten, dem Ventilraum zugewandten Endabschnitt aufweisen, wobei der zweite Endabschnitt in Umfangsrichtung zumindest teilweise radial verschmälert ist. Mit anderen Worten: Ein freies Ende des Druckanschlusses und/oder des Verbraucheranschlusses bzw. des Anschlussstutzens weist einen geringeren Außendurchmesser auf als ein dem Ventilraum zugewandtes Ende, sodass ein Aufstecken des Schlauches vereinfacht wird. Durch die teilweise radiale Verschmälerung des zweiten Endabschnittes wird eine Hintergriffsfläche gebildet, wodurch ein auf den Stutzen aufgesteckter Schlauch fixiert bzw. gegen ein Abziehen gesichert werden kann.
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Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11. Die Ventilanordnung umfasst mehrere, insbesondere jeweils nach der vorstehend beschriebenen Art und Weise ausgebildete Ventile auf. Die den Ventilraum eines Ventils jeweils umschließenden Ventilgehäuse, insbesondere die Zwischengehäuse und/oder Gehäusedeckel und/oder Gehäuseböden, und/oder die Leiterplatten sind einstückig ausgebildet. Mit anderen Worten: Die Ventilräume aller Ventile der Ventilanordnung werden von einem gemeinsamen Ventilgehäuse bzw. einem gemeinsamen Zwischengehäuse und/oder Gehäusedeckel und/oder Gehäuseboden umschlossen. Ferner sind alle SMA-Elemente der mehreren Ventile mit einer gemeinsamen Leiterplatte elektrisch verbunden. Dadurch lässt sich die Anzahl der benötigten Bauteile deutlich reduzieren. Eine solche Ventilanordnung wird beispielsweise in einen Fahrzeugsitz mit Konturverstellung integriert.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ventilanordnung weist zumindest ein erster Teil der mehreren Ventile einen gemeinsamen Druckanschluss auf, der jeweils in den Ventilraum, insbesondere in die Strömungskammer, besonders bevorzugt in einen ersten Bereich der Strömungskammern oder einen die ersten Bereiche der Strömungskammern umfassenden Bereich der ersten Ventile mündet oder jeweils mit dem Ventilraum, insbesondere der Strömungskammer, besonders bevorzugt dem ersten Bereich der Strömungskammer oder dem Bereich über zumindest einen Luftkanal verbunden ist und/oder zumindest ein zweiter Teil der mehreren Ventile weist eine gemeinsame Öffnung zum Verbinden mit der Atmosphäre auf, die insbesondere in den ersten Bereich der Strömungskammern oder einen die ersten Bereiche der Strömungskammern umfassenden Bereich mündet oder über zumindest einen Luftkanal mit den ersten Bereichen der Strömungskammern verbunden ist. Mit anderen Worten: Die Ventilräume eines Teils der Ventile sind mit dem gemeinsamen Druckanschluss fluidisch verbunden, insbesondere über in dem Zwischengehäuse integrierte bzw. von diesem gebildete Luftkanäle und/oder Bereiche bzw. Kammern zur Zuführung von Luft in die jeweiligen Ventilräume bzw. Strömungskammern, genauer in die ersten Bereich der Strömungskammern der ersten Ventile. Zudem sind die Ventilräume eines Teils der Ventile über eine gemeinsame Öffnung mit der Atmosphäre verbunden, insbesondere wiederum durch in dem Zwischengehäuse integrierte bzw. von diesem gebildete Luftkanäle und/oder Bereiche bzw. Kammern zum Auslassen von Luft aus den jeweiligen Ventilräumen bzw. Strömungskammern, genauer den zweiten Bereichen der Strömungskammern der zweiten Ventile. Eine solche Ventilanordnung dient beispielsweise in einem Fahrzeugsitz mit Konturverstellung zur Einstellung einer Lordose oder eines Seitenhalts, wobei einem Medienspeicher in Form eines Luftkissens jeweils zwei Ventile zugeordnet sind, die mit diesem über den Verbraucheranschluss und eine Versorgungsleitung verbunden sind, wobei das erste Ventil über den Druckanschluss und eine Versorgungsleitung mit einer pneumatischen Pumpe und das zweite Ventil über die Öffnung mit der Atmosphäre verbunden ist. Durch Öffnen des ersten Ventils bei gleichzeitig geschlossenem zweiten Ventil wird der Medienspeicher befüllt, durch Schließen beider Ventile wird das Luftvolumen innerhalb des Luftkissens gasdicht eingeschlossen und gehalten und durch Öffnen des zweiten Ventils bei gleichzeitig geschlossenem ersten Ventil wird das Luftkissen entleert. Verbraucherseitig sind die einem Medienspeicher zugeordneten Ventile über einen gemeinsamen Luftkanal bzw. eine gemeinsame Luftkammer fluidisch verbunden. Das erste und das zweite Ventil bilden somit als Ventilbaugruppe ein 3/3-Wegeventil.
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Bei einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform weisen die mehreren Ventile einen gemeinsamen Druckanschluss auf, der jeweils in den Ventilraum, insbesondere in die Strömungskammer, besonders bevorzugt in den ersten Bereich der Strömungskammer der Ventile oder einen die ersten Bereiche der Strömungskammern umfassenden Bereich mündet oder jeweils mit dem Ventilraum, insbesondere der Strömungskammer, besonders bevorzugt dem ersten Bereich der Strömungskammern oder dem Bereich über zumindest einen Luftkanal verbunden ist, wobei jedes Ventil eine separate Öffnung zum Verbinden des Ventilraums, insbesondere der Strömungskammer mit der Atmosphäre aufweist, die insbesondere in den zweiten Bereich der Strömungskammer mündet. Mit anderen Worten: Die Ventilräume aller Ventile sind mit dem gemeinsamen Druckanschluss fluidisch verbunden, insbesondere über in dem Zwischengehäuse integrierte bzw. von diesem gebildete Luftkanäle und/oder Kammern bzw. Bereiche zur Zuführung von Luft in die jeweiligen Ventilräume bzw. Strömungskammern, genauer in die ersten Bereich der Strömungskammern. Zudem sind die Ventilräume aller Ventile jeweils über eine Öffnung mit der Atmosphäre verbunden, insbesondere wiederum durch in dem Zwischengehäuse integrierte bzw. von diesem gebildete Luftkanäle und/oder Kammern Bereich zum Auslassen von Luft aus den jeweiligen Ventilräumen bzw. Strömungskammern, genauer aus den zweiten Bereichen der Strömungskammern. Dadurch wird eine 3/2-Wege-Funktionalität erreicht, um beispielsweise eine Massagefunktion zu realisieren, wobei die Ventilöffnung und die Öffnung zur Atmosphäre abwechselnd freigegeben und verschlossen werden, um eine zyklische Verstellung der Kontur des Fahrzeugsitzes zu erreichen.
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Die Funktionalität des Ventils, ob 3/3-Wege- oder 3/2-Wege Funktionalität wird somit vorliegend vorrangig durch den Aufbau des Zwischengehäuses bestimmt, welcher die Ventilräume sowie die Luftkanäle bzw. Kammern ausbildet. Somit kann durch entsprechend Auswahl bzw. einen Austausch des Zwischengehäuses entweder eine zyklische Massagefunktion oder statische Einstellungsfunktion erreicht werden.
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Für die Ausbildung der 3/3-Wege-Funktionalität sind bei einer bevorzugten Ausgestaltung die Ventilräume der mehreren Ventile zum einen von dem Aufnahmeraum für die elektronische Kontaktierung der Leiterplatte durch eine Trennwand getrennt sind, wobei die Trennwand insbesondere einstückig mit dem Zwischengehäuse ausgebildet ist. Zum anderen sind die Ventile, deren Ventilräume, insbesondere deren Strömungskammern, besonders bevorzugt deren erste Bereiche mit dem Druckanschluss verbunden und die Ventile, deren Ventilräume, insbesondere deren Strömungskammern, besonders bevorzugt deren erste Bereiche mit der Atmosphäre verbunden sind, durch eine Trennwand voneinander getrennt, wobei die Trennwand insbesondere einstückig mit dem Zwischengehäuse ausgebildet ist. Für die Ausbildung der 3/2-Wege-Funktionalität sind bei einer bevorzugten Ausgestaltung die Ventilräume der mehreren Ventile zumindest von dem Aufnahmeraum für die elektronische Kontaktierung der Leiterplatte durch eine Trennwand getrennt sind, wobei die Trennwand insbesondere einstückig mit dem Zwischengehäuse ausgebildet ist. Die mehreren Ventile sind unabhängig voneinander betätigbar, um gezielt einzelne Luftkissen zu befüllen oder zu entlüften.
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Die Trennwände weisen dabei insbesondere eine im Montagezustand pneumatisch abgedichtete Durchgangsöffnung für die Leiterplatte auf. Bei einer weiteren vorteilhaften Variante sind in einem von der Luftversorgungseinheit zu der oder den Strömungskammern führenden Luftkanal Leitelemente derart angeordnet, dass ein in oder durch die Strömungskammern strömendes Fluid eine laminare Strömung aufweist. Es wird also eine gerichtete Strömung erzeugt, sodass auch hierdurch Turbulenzen vermieden werden, die den Durchfluss verringern können. Ferner wird hierdurch die Geräuschentwicklung innerhalb des Ventils bzw. der Ventilanordnung reduziert.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1A eine Schnittdarstellung eines Ventils gemäß einer ersten Ausführungsform in Schließstellung,
- 1B eine Schnittdarstellung eines Ventils gemäß einer zweiten Ausführungsform in Schließstellung,
- 2 ein Ausschnitt des Ventils aus 1B in Öffnungsstellung,
- 3A, B ein Stellglied zum Verschließen und Freigeben der Atmosphärenöffnung,
- 4 eine Ventilanordnung mit mehreren Ventilen mit einem Zwischengehäuse gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung,
- 5 eine Draufsicht auf das Zwischengehäuse einer Ventilanordnung gemäß 4,
- 6 eine Detailansicht des Zwischengehäuses mit Stellelement aus 5,
- 7 eine Untersicht auf das Zwischengehäuse der Ventilanordnung gemäß 5 mit integrierter Leiterplatte,
- 8 eine Detailansicht einer Unterseite des Zwischengehäuses der Ventilanordnung gemäß 5 ohne Leiterplatte,
- 9 einen Ausschnitt eines zu den Strömungskammern führenden Luftkanals innerhalb des Zwischengehäuses,
- 10 eine Draufsicht auf ein Zwischengehäuse einer Ventilanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 11 einen Teilausschnitt eines Zwischengehäuses mit einer Stützvorrichtung,
- 12A - C ein Anschlussstutzen in verschiedenen Ansichten.
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1A zeigt ein Ventil 2 mit einem Ventilgehäuse 4, welches aus einem oberen Gehäusedeckel 6, einem unteren Gehäuseboden 10 und einem zwischen dem Gehäusedeckel 6 und dem Gehäuseboden 10 angeordneten Zwischengehäuse 8 zusammengesetzt ist. Das Ventilgehäuse 4 umschließt einen Ventilraum 12, in welchen eine Ventilöffnung 14 mündet. Innerhalb des Ventilraums 12 ist ein zwischen einer Schließstellung zum Verschließen der Ventilöffnung 14 und einer Öffnungsstellung zur Freigabe der Ventilöffnung 14 in einer Bewegungsrichtung B axial bewegbares Stellelement 16 angeordnet. Zur Betätigung des Stellelementes 16 in einer Öffnungsrichtung bzw. Hubrichtung H dient ein drahtförmiges SMA-Element 18 aus einer Formgedächtnislegierung, welches mit einem mittleren Abschnitt 18c an dem Stellelement 16, genauer an dessen erstem Endabschnitt 16a gehalten ist. Zur Beaufschlagung mit Strom ist das SMA-Element 18 mit seinen Enden 18a, 18b mit einer ebenfalls innerhalb des Ventilraumes 12 angeordneten Leiterplatte 22 elektrisch verbunden.
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Zur Bewegung des Stellelementes 16 in einer Schließrichtung bzw. Rückstellrichtung R dient ein Rückstellelement 20, vorliegend eine Schraubendruckfeder, die einen zweiten Endabschnitt 16b des Stellelementes 16 konzentrisch umgibt und sich mit einem ersten Ende an der Leiterplatte 22 und mit einem zweiten Ende an dem ersten Endabschnitt 16b des Stellelementes 16, der gegenüber dem zweiten Endabschnitt 16b radial verbreitert ist, abstützt.
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Das Zwischengehäuse 8 umfasst alle für die Funktionalität des Ventils 2 erforderlichen Komponenten, mit anderen Worten sind alle hierzu notwendigen Bauteile in dem Zwischengehäuse 8 selbst integriert, wie nachfolgend beschrieben wird.
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Der Ventilraum 12 ist in eine Strömungskammer 24 und eine Betätigungskammer 26 unterteilt, die durch eine Trennwand 28 voneinander getrennt sind, sodass ein das Ventil 2 bzw. den Ventilraum 12 bei Betätigung des Stellelementes 16 durchströmendes Fluid lediglich durch die Strömungskammer 24 strömt. Die Strömungskammer 24 wird dabei von dem Zwischengehäuse 8 gebildet und ist oberseitig von dem Gehäusedeckel 6 verschlossen ist. Die Betätigungskammer 26 wird ebenfalls von dem Zwischengehäuse 8 gebildet und unterseitig von dem Gehäuseboden 10 verschlossen ist, wodurch die Anzahl der erforderlichen Komponenten reduziert werden kann. Das Stellelement 16 sowie die zur Betätigung des Stellelementes 16 erforderlichen Komponenten, nämlich das SMA-Element 18, das Rückstellelement 20 sowie die Leiterplatte 22, sind innerhalb der Betätigungskammer 26 angeordnet. Durch die gezielte Führung des Fluidstromes wird eine ungleichmäßige Kühlung des SMA-Elements 16 vermieden. Die Trennwand 28 ist einstückig mit dem Zwischengehäuse 8 ausgebildet bzw. an diesem angeformt. Die Strömungskammer 24 weist einen ersten Bereich 24a und einen zweiten Bereich 24b auf, die über einen Verbindungskanal 24c, der in einer Schließstellung des Stellelementes 16 verschlossen und in einer Öffnungsstellung des Stellelementes 16 freigegeben ist, miteinander verbunden sind.
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Zur Zuführung von Luft in den Ventilraum 12, genauer in die Strömungskammer 24 ist deren erster Bereich 24a mit einer Luftversorgungseinheit bzw. einer pneumatischen Pumpe verbunden bzw. ein - in 1A nicht sichtbarer - Druckanschluss, der über eine Versorgungsleitung mit der pneumatischen Pumpe verbunden ist oder verbunden wird, mündet mittel- oder unmittelbar in den ersten Bereich 24a der Strömungskammer 24. Durch Freigabe der Ventilöffnung 14 kann die zugeführte Luft über den Verbindungskanal 24c bzw. den Ventilraum 24c und durch die Ventilöffnung 14 von dem ersten Bereich 24a in den zweiten Bereich 24b strömen. Das Ventil 2 dient insbesondere zum Befüllen eines - nicht dargestellten - Medienspeichers, beispielsweise eines Luftkissens eines Fahrzeugsitzes mit Konturverstellung. Hierzu ist der Ventilraum 12, genauer die Strömungskammer 24 bzw. deren zweiter Bereich 24b mit einem Verbraucheranschluss 30 fluidisch verbunden bzw. der Verbraucheranschluss 30 mündet in den zweiten Bereich 24b, sodass der Medienspeicher mittels Schläuchen an das Ventil 2 angeschlossen werden kann. Sowohl der Druckanschluss als auch der Verbraucheranschluss 30 sind einstückig mit dem Zwischengehäuse 8 ausgebildet und stehen nicht aus diesem hervor. Sofern das Ventil 2 zum Auslassen von Luft aus einem Medienspeicher dient, ist der erste Bereich 24a der Strömungskammer 24 mit der Atmosphäre verbunden bzw. verbindbar, bei geöffneter Ventilöffnung 14 kann die Luft aus dem Medienspeicher bzw. aus dem zweiten Bereich 24b und über den Verbindungskanal 24c in den ersten Bereich 24a strömen und von dort an die Umgebung abgegeben werden.
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Ferner weist das Zwischengehäuse 8 einen Aufnahmeraum 34 zur Aufnahme der zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte 22 erforderlichen Komponenten, wie beispielsweise Steckverbinder, auf, welcher in 1A in einem hinteren Teil des Zwischengehäuses 8 angeordnet und lediglich gestrichelt dargestellt ist.
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Zur Führung des Stellelementes 16 während dessen Betätigung sind zum einen Führungsmittel vorgesehen, die von dem Zwischengehäuse 8 gebildet werden. Die Führungsmittel umfassen eine Zwischenwand 36, die sich ausgehend von der Trennwand 28 in einem Bereich der Ventilöffnung 14 in Bewegungsrichtung B in die Betätigungskammer 26 hinein erstreckt und einstückig mit der Trennwand 28 bzw. dem Zwischengehäuse 8 ausgebildet ist. Die Zwischenwand 36 umgrenzt einen Aufnahmeraum 38 für den oberen, der Ventilöffnung 14 zugewandten ersten Endabschnitt 16a. Zum Führung des zweiten Endabschnittes 16b sind Führungsmittel in der Leiterplatte 22 integriert und zwar in Form einer darin ausgebildeten Ausnehmung 40, vorliegend eine Durchgangsöffnung, in welche sich der zweite Endabschnitt 16b sowohl in der Öffnungs- als auch in der Schließstellung des Stellelementes 16 hineinerstreckt. Zur Führung des SMA-Elementes 16 weist die Zwischenwand 36 sich in Bewegungsrichtung B erstreckende Ausnehmungen 27 auf.
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Somit sind auch zur Führung des Stellelementes 16 während einer axialen Bewegung in Bewegungsrichtung B, also während der Betätigung des Stellelementes 16 keine zusätzlichen oder separaten Führungsmittel in Form weiterer Komponenten erforderlich.
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Um die Ventilöffnung 14 in der Schließstellung - wie in 1A gezeigt - zuverlässig zu verschließen, ist an dem der Ventilöffnung 14 zugewandten Endabschnitt 16a ein die Ventilöffnung 14 verschließendes Dichtelement 42 angeordnet, welches mit einem die Ventilöffnung 14 umgebendem Dichtsitz zusammenwirkt.
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Zur Ansteuerung des Ventils 2 und zur Beaufschlagung des SMA-Elementes 18 mit Strom, um eine Verkürzung desselben und somit eine Betätigung des Stellelementes 16 zu bewirken, sind die Enden 18a, 18b mit der Leiterplatte 22 elektrisch verbunden und zwar jeweils mittels eines Crimpverbinders 44. Die Enden 18a, 18b des SMA-Elementes 18 sind jeweils in einer Aufnahme 46 des Crimpverbinders 44 fixiert und somit mittelbar über die Crimpverbinder 44 mit der Leiterplatte 22 kontaktiert. Die Crimpverbinder 44 ragen senkrecht zu der Bewegungsrichtung B jeweils seitlich mit einem Überstand A1 über die Leiterplatte 22 hinaus. Ferner erstrecken sich die Crimpverbinder 44 in Hubrichtung H von einer Oberseite 22a der Leiterplatte 22 und parallel zu dieser in Richtung des Gehäusebodens 8, also mit einem Überstand A2 ausgehend von der Oberseite 22a der Leiterplatte 22 in Richtung zu deren Unterseite 22b, wobei die Aufnahme 46 des Crimpverbinders 44 mit Abstand vor dem Gehäuseboden 10 endet, also freischwebend innerhalb des Ventilraumes 12 angeordnet ist. Ein von der Aufnahme 46 beabstandeter Abschnitt 48 des Crimpverbinders 44 ist über Klemmmittel 50 elektrisch mit der Leiterplatte 22 verbunden. Dabei kann der Abschnitt 48 sowohl flächig auf der Oberseite 22a aufliegen als auch zumindest teilweise einen geringen Abstand zu der Oberseite 22a aufweisen. Um eine von Toleranzen der Leiterplatte 22 bzw. deren Oberseite 22a unabhängige Verbindung zu erreichen, ist der Crimpverbinder 44 bzw. dessen Abschnitt 48 vollständig minimal von der Oberseite 22a beabstandet und der Crimpverbinder 44 wird lediglich durch die Klemmmittel 50 getragen. Jeder Crimpverbinder 44 weist vorliegend zwei sich jeweils durch eine Ausnehmung der Leiterplatte 22 erstreckende, vorliegend im Wesentlichen oval und ringförmig ausgebildete Klemmmittel 50 auf, die zum Einstecken in die Ausnehmung elastisch verformbar und im Montagezustand form- und/oder kraftschlüssig in der Ausnehmung gehalten sind. Die Crimpverbinder 44 stellen somit die elektrische Verbindung zwischen den daran fixierten Enden 18a, 18b des SMA-Elementes 18 und der Leiterplatte 22 her. Durch die sowohl seitlich als auch in Hubrichtung H überstehenden Crimpverbinder 44 kann eine zusätzliche Länge des SMA-Elements 18, nämlich die Länge der Diagonale eines gedachten Rechteckes mit den Seitenlängen A1 und A2 zur Betätigung des Stellelementes 16 genutzt werden, wodurch insgesamt eine Reduzierung der Bauhöhe des Ventils 2 erreicht wird. Die Leiterplatte 22 selbst wird durch einen in den Aufnahmeraum 34 des Zwischengehäuses 8 einsteckbaren Steckverbinder mit einem elektrischen Anschluss kontaktiert.
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Zur Befestigung der Leiterplatte 22 innerhalb des Ventilraumes 12, weist die integral mit dem Zwischengehäuse 8 ausgebildete Zwischenwand 36 als Befestigungsmittel zwei verformbare Vorsprünge 52 auf, die an deren Stirnseite angeformt sind und sich im Montagezustand durch eine Durchgangsöffnung der Leiterplatte 22 erstrecken und unlösbar mit der Leiterplatte 22 verbunden sind. Die Stirnseite bildet zugleich eine Anschlagfläche für die Leiterplatte 22 aus.
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Das in 1B dargestellte Ventil 2' ist exemplarisch als 3/2-Wegeventil ausgebildet und weist somit eine weitere Ventilöffnung, und zwar eine Öffnung 32, die den Ventilraum 12 mit der Atmosphäre verbindet, um ein Ausströmen von Luft aus dem Ventilraum 12 zu erlauben, auf. Ansonsten entspricht die Ausgestaltung des Ventiles 2' der des in 1A gezeigten Ventiles 2 („2/2-Wegeventil“), sodass die einzelnen Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Um die 3/2-Wege-Funktionalität zu erreichen, ist innerhalb des Ventilraumes 12 bzw. innerhalb der Strömungskammer 24 ein Stellglied 58 angeordnet, welches drehbar an dem Zwischengehäuse 8 gelagert und mit dem Stellelement 16 wirkverbunden ist. Das Stellglied 58 ist in den 5A, 5B detaillierter dargestellt. Das Stellelement 58 weist an einem der Öffnung 32 zugewandten Abschnitt ein Dichtelement 60 zum Verschließen der Öffnung 32 auf. An einem dem Stellelement 16 zugewandten Endabschnitt umfasst das Stellglied 58 einen Schaltfinger 62, welcher mit dem Stellelement 16 in Kontakt ist bzw. an dessen Dichtelement 38 anliegt. Wird das Stellelement 16 betätigt und die Ventilöffnung 14 wird geöffnet, wird der Schaltfinger 62 aufgrund eines Rückstellelementes 64, vorliegend eine Blattfeder, ebenfalls in Hubrichtung bewegt und das Stellglied 58 somit um seinen Drehpunkt gedreht, sodass die Öffnung 58 von dem Dichtelement 60 verschlossen wird. Wird das SMA-Element 18 nicht mehr mit Strom beaufschlagt und da Stellelement 16 somit aufgrund des Rückstellelementes 20 in Rückstellrichtung R bewegt, wird der Schaltfinger 62 durch das Stellelement 16 bzw. dessen Dichtelement 38 ebenfalls in Rückstellrichtung R bewegt. Dadurch und bedingt durch einen V-förmigen Drehpunkt 66 des Stellgliedes 58 öffnet das Dichtelement 60 die Öffnung 32. Die Öffnung 32 zur Atmosphäre ist somit bei sich in Schließstellung befindendem Stellelement 16 freigegeben und bei sich in Freigabestellung befindendem Stellelement 16 verschlossen ist, sodass sichergestellt ist, dass der Ventilraum 12 bzw. ein Medienspeicher bei Nichtbetätigung des Ventils 2 stets entlüftet wird. Ein solches 3/2-Wegeventil wird beispielsweise bei einem Fahrzeugsitz mit Massagefunktion eingesetzt, wobei ein oder mehrere Luftkissen jeweils zyklisch be- und entlüftet werden.
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2 zeigt einen Ausschnitt des Ventils 2' gemäß 1B in einer Öffnungsstellung, sodass der den ersten Bereich 24a und den zweiten Bereich 24b der Strömungskammer 24 verbindende Verbindungskanal 24c und die Ventilöffnung 14 von einem Fluid durchströmt werden kann. Zum Befüllen eines Medienspeichers, insbesondere mit Luft, ist der erste Bereich 24a der Strömungskammer 24 mit einer Luftversorgungseinheit verbindbar. Bei geschlossener Ventilöffnung 14 findet lediglich ein Luftaustausch zwischen der Strömungskammer 24 und der Betätigungskammer 26 über Luftspalte 92 statt, die zwischen der Trennwand 28 und dem Stellelement 16 ausgebildet sind und die den ersten Bereich 24a der Strömungskammer 24 und die Betätigungskammer 26 fluidisch miteinander verbinden, um den Druck innerhalb des Ventils 2 bzw. des Ventilraumes 12 auszugleichen. Der Luftspalt 92 mündet dabei insbesondere in den Aufnahmeraum 38, der von der Zwischenwand 36 gebildet ist. Wird die Ventilöffnung 14 durch Betätigung des Stellelementes 16 geöffnet, strömt das Fluid bzw. die Luft in Richtung der gestrichelt dargestellten Pfeile von dem ersten Bereich 24a der Strömungskammer 24 über den Verbindungskanal 24c durch die Ventilöffnung 14 in den zweiten Bereich 24b der Strömungskammer 24 und nicht durch die Betätigungskammer 26.Der zweite Bereich 24b der Strömungskammer 24 ist über den Verbraucheranschluss 30 mit dem Medienspeicher bzw. Luftkissen verbunden, sodass der Medienspeicher befüllt wird.
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Das Ventil 2' kann ferner zum Entleeren eines Medienspeichers eingesetzt werden. Weist das Ventil 2' - wie in den 1B dargestellt - eine 3/2-Wege-Funktionalität auf, weist der zweite Bereich 24b der Strömungskammer 24 eine Öffnung 32 zur Atmosphäre auf durch welche das Fluid die Strömungskammer 24 verlässt (in Richtung der Öffnung 32 weisender Pfeil). Werden zum Erreichen einer 3/3-Wege-Funktionalität zwei Ventile 2 eingesetzte - eines zum Befüllen des Medienspeichers und eines zum Entleeren desselben - ist der erste Bereich 24a der Strömungskammer 24 mit der Atmosphäre verbunden bzw. weist eine Öffnung 32 zur Atmosphäre auf. Das Fluid bzw. die Luft strömt sodann bei geöffneter Ventilöffnung 14 von dem Medienspeicher in den zweiten Bereich 24b der Strömungskammer 24 und durch den Verbindungskanal 24c in den ersten Bereich 24a der Strömungskammer 24 - dargestellt durch sich durch die Strömungskammer 24 verlaufende Pfeile mit durchgezogenen Linien.
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Um eine turbulente Strömung des Fluides beim Eintritt in den Verbraucheranschluss 30 zu vermeiden und somit den Durchfluss zu dem Medienspeicher zu erhöhen, ist ein dem zweiten Bereich 24b der Strömungskammer 24 zugewandter Endabschnitt 30a des Verbraucheranschlusses 30 eine größere lichte Weite W2 aufweist, als ein dem Medienspeicher zugewandter Endabschnitt 30b, der eine geringere lichte Weite W1 aufweist. Der Verbraucheranschluss 30, insbesondere der Endabschnitt 30a ist somit trichterförmig ausgebildet und wird vorliegend unterseitig von dem Zwischengehäuse 8 der Strömungskammer 24 und oberseitig von dem Gehäusedeckel 8 begrenzt.
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Die Luftspalte 92 sind in einem die Ventilöffnung 14 umgebenden Bereich angeordnet, vorliegend innerhalb der Zwischenwand 36, die von der Trennwand 28 ausgebildet wird. Dadurch wird eine gleichmäßige Kühlung der SMA-Elemente erreicht, da lediglich ein Nebenstrom des Fluids in die Betätigungskammer 24 eintritt, um für einen Druckausgleich zu sorgen. Um starke Turbulenzen in der Betätigungskammer 24 und einen übermäßigen Eintritt des Fluides zu vermeiden ist zudem ein Öffnungsquerschnitt des Luftspaltes 92 geringer als ein Querschnitt des Verbindungskanals 24c bzw. der Ventilöffnung 14. Ferner kann der Öffnungsquerschnitt des Luftspaltes 92 derart gewählt werden, dass eine Kühlung der SMA-Elemente proportional zum Volumenstrom erfolgt. Zur Ausbildung des Luftspaltes 92 weisen der erste Endabschnitt 16a des Stellelementes 16 sowie das daran angeordnete Dichtelement 42 zudem einen geringeren Durchmesser auf als eine lichte Weite des Aufnahmeraumes 38. Das die Ventilöffnung 14 in der Schließstellung verschließende Dichtelement 42 endet somit zur Ausbildung der Luftkanals 92 seitlich beabstandet vor der den Aufnahmeraum 38 ausbildenden Zwischenwand 36. Dadurch ist bei geschlossener Ventilöffnung 14 ein Luftaustausch zwischen der Strömungskammer 24 und der Betätigungskammer 26 über die Luftspalte 92 möglich.
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Der erste Endabschnitt 16a des Stellelementes 16 weist zumindest eine sich senkrecht zu der Bewegungsrichtung B des Stellelementes 16 erstreckende Durchgangsöffnung 54 auf, die sich mittig - bezogen auf Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung B - durch den ersten Endabschnitt 16a hindurch erstreckt. Sofern das Stellelement 16 lediglich eine solche Durchgangsöffnung 54 aufweist, kann das SMA-Element 18 nach dem „Nadel-Faden-Prinzip“ durch diese Durchgangsöffnung 54 geführt und darin zuverlässig gehalten werden. Alternativ kann die Durchgangsöffnung 54 zusätzlich über einen seitlichen Schlitz 56 zugänglich sein, der sich ausgehend von einer zu der Durchgangsöffnung 54 in Bewegungsrichtung B des Stellelementes 16 beabstandeten Position an einer äußeren Umfangsfläche des ersten Endabschnittes 16a in Richtung der Durchgangsöffnung 54, also schräg von oben nach unten, erstreckt. Der mittlere Abschnitt des SMA-Elementes 16 wird über den Schlitz 56 in die Durchgangsöffnung 54 eingeführt und ist im Montagezustand innerhalb der Durchgangsöffnung 54 geführt, sodass ein Herausrutschen des SMA-Elementes 16 verhindert und dessen sicherer Halt gewährleistet wird.
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Das in den 1B und 2 dargestellte Ventil 2' ist exemplarisch als 3/2-Wegeventil ausgebildet und weist somit eine weitere Ventilöffnung, und zwar eine Öffnung 32, die den Ventilraum 12 mit der Atmosphäre verbindet, um ein Ausströmen von Luft aus dem Ventilraum 12 zu erlauben, auf. Um die 3/2-Wege-Funktionalität zu erreichen, ist innerhalb der Strömungskammer 24 ein Stellglied 58 (vgl. 3A, 3B) angeordnet, welches drehbar an dem Zwischengehäuse 8 gelagert und mit dem Stellelement 16 wirkverbunden ist. Das Stellglied 58 weist an einem der Öffnung 32 zugewandten Abschnitt ein Dichtelement 60 zum Verschließen der Öffnung 32 auf. An einem dem Stellelement 16 zugewandten Endabschnitt umfasst das Stellglied 58 einen Schaltfinger 62, welcher mit dem Stellelement 16 in Kontakt ist bzw. an dessen Dichtelement 38 anliegt. Wird das Stellelement 16 betätigt und die Ventilöffnung 14 wird geöffnet, wird der Schaltfinger 62 aufgrund eines Rückstellelementes 64, vorliegend eine Blattfeder, ebenfalls in Hubrichtung bewegt und das Stellglied 58 somit um seinen Drehpunkt gedreht, sodass die Öffnung 32 von dem Dichtelement 60 verschlossen wird. Wird das SMA-Element 18 nicht mehr mit Strom beaufschlagt und da Stellelement 16 somit aufgrund des Rückstellelementes 20 in Rückstellrichtung R bewegt, wird der Schaltfinger 62 durch das Stellelement 16 bzw. dessen Dichtelement 38 ebenfalls in Rückstellrichtung R bewegt. Dadurch und bedingt durch einen V-förmigen Drehpunkt 66 des Stellgliedes 58 öffnet das Dichtelement 60 die Öffnung 32. Die Öffnung 32 zur Atmosphäre ist somit bei sich in Schließstellung befindendem Stellelement 16 freigegeben und bei sich in Freigabestellung befindendem Stellelement 16 verschlossen ist, sodass sichergestellt ist, dass der zweite Bereich 24b der Strömungskammer 24 des Ventilraumes 12 bzw. ein Medienspeicher bei Nichtbetätigung des Ventils 2 stets entlüftet wird. Die Betätigungskammer 26 ist weiterhin mit dem ersten Bereich 24a der Strömungskammer 24 und darüber mit der Pumpe verbunden. Ein solches 3/2-Wegeventil wird beispielsweise bei einem Fahrzeugsitz mit Massagefunktion eingesetzt, wobei ein oder mehrere Luftkissen jeweils zyklisch be- und entlüftet werden.
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4 zeigt eine Ventilanordnung 100 mit mehreren Ventilen 2 in einer Explosionsdarstellung. Die Ventilanordnung 100 umfasst dabei ein gemeinsames Ventilgehäuse für alle Ventile 2. Mit anderen Worten: Die den Ventilraum 12 eines Ventils 2 jeweils umschließenden Ventilgehäuse, und zwar sowohl das Zwischengehäuse 108, der Gehäusedeckel 106 und der Gehäuseboden 110 sind einstückig ausgebildet, die Ventilanordnung 100 weist also ein gemeinsames Zwischengehäuse 108, einen gemeinsamen Gehäusedeckel 106 und einen gemeinsamen Gehäuseboden 110 auf, innerhalb denen der jeweilige Ventilraum 12 eines Ventils ausgebildet ist. Ferner weist die Ventilanordnung 100 eine einstückig ausgebildete, gemeinsame Leiterplatte 122 für alle Ventile 2 auf. Dadurch lässt sich der Platzbedarf der mehreren Ventile 2 der Ventilanordnung 100 sowie die Anzahl der erforderlichen Bauteile und die Montage der Ventilanordnung 100 im Vergleich zu bisher bekannten Ventilanordnungen deutlich reduzieren.
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Die Ventile 2 der beispielhaften Ventilanordnung 100 sind im Wesentlichen wie das anhand von 1A beschriebene Ventil 2 ausgebildet, übereinstimmende Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Sie weisen jeweils ein innerhalb des Ventilraums 12 zwischen einer Schließstellung zum Verschließen einer Ventilöffnung und einer Öffnungsstellung zur Freigabe der Ventilöffnung axial bewegbares Stellelement 16, ein zur Betätigung des Stellelementes 16 in Öffnungsrichtung dienendes drahtförmiges SMA-Element 18 und ein zur Bewegung des Stellelementes 16 in Schließrichtung dienendes Rückstellelement 20 auf. Die SMA-Elemente 18 sind wiederum mit ihren jeweiligen Enden mittels eines Crimpverbinders 44 elektrisch mit der Leiterplatte 22 verbunden. Mit einem mittleren Abschnitt sind die SMA-Elemente 18 jeweils an dem zugehörigen Stellelement 16 fixiert, um dieses bei Beaufschlagung mit Strom in einer Hubrichtung zu betätigen. Hierfür wird die Leiterplatte 22 über in einen in einen Aufnahmeraum 34 des Zwischengehäuses 108 einsteckbaren elektrischen Steckverbinder 168 angesteuert bzw. elektrisch kontaktiert. Zwischen dem Zwischengehäuse 108 und dem Gehäusedeckel 106 ist ferner beispielhaft ein Rückschlagventil 172 angeordnet, beispielsweise in Kombination mit einem Drucksensor. Innerhalb des Ventilgehäuses ist zudem ein Dämpfungsschaum 174 angeordnet, um eine Geräuschentwicklung, insbesondere beim Entlüften der Ventile 2 zu reduzieren. Das Zwischengehäuse 108 weist einen Druckanschluss 170 zum Anschluss an eine Luftversorgungseinheit sowie vier Verbraucheranschlüsse 130 zum Anschluss an vier Medienspeicher, insbesondere Luftkissen eines Fahrzeugsitzes mit Konturverstellung auf.
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In 5 ist das Zwischengehäuse 108 der Ventilanordnung aus 4 in einer Draufsicht, in 6 ein Ausschnitt des Zwischengehäuses 108 und in 7 das Zwischengehäuse 108 in einer Untersicht mit montierter Leiterplatte 122 dargestellt. 8 zeigt den Ausschnitt A des Zwischengehäuses 108 in einer Untersicht ohne Leiterplatte. Über einen gemeinsamen Druckanschluss 170, der mit einer pneumatischen Pumpe verbindbar ist, wird den Strömungskammern, genauer den ersten Bereichen der Strömungskammern eines ersten Teils der Ventile 2, vorliegend vier Ventilen 2a, über einen von dem Zwischengehäuses 108 ausgebildeten und oberseitig von dem Zwischengehäuse 108 begrenzten Luftkanal 176 Luft zugeführt (angedeutet durch gestrichelte Pfeile). Zwischen dem Druckanschluss 170 und einem Bereich 182 ist innerhalb des Luftkanales 176 ein Rückschlagventil 172 angeordnet. Die ersten Bereiche 24a der Ventile 2a bilden gemeinsam den Bereich 182, in welchen der Luftkanal 176 mündet, also den Endabschnitt des Luftkanales 176 aus. Denkbar wäre es jedoch auch, die ersten Bereiche 24a jeweils durch Trennwände voneinander zu trennen, sodass die ersten Bereiche 24a jeweils einen Endabschnitt des Luftkanales 176 bilden. In die ersten Bereiche 24a einströmende Luft wird bei geschlossener Ventilöffnung 14 im Wesentlichen in den ersten Bereichen 24a gehalten. Über Luftspalte 92 erfolgt jedoch ein geringer Luftaustausch zwischen der Strömungskammer 24 bzw. den ersten Bereichen 24a und der jeweiligen Betätigungskammer 26 des Ventils 2, sodass ein Druckausgleich gewährleistet ist. Über die Dimension des Spaltes lässt sich zudem eine gewünschte Kühlung der SMA-Elemente 18 einstellen bzw. Wärme aus der Betätigungskammer 26 abführen. Wird die Ventilöffnung 14 freigegeben, strömt Luft aus dem ersten Bereich 24a der Strömungskammer über den Verbindungskanal 24c durch die Ventilöffnung 14 in den zweiten Bereich 24b bzw. weiter über Luftkanäle 178a, b, c, d zu Verbraucheranschlüssen 130a, b, c, d für vorliegend vier Medienspeicher bzw. Luftkissen (siehe 6 - durchgezogene Pfeile).
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Ein zweiter Teil der Ventile 2, vorliegend vier Ventile 2b weist eine gemeinsame Öffnung 132 zur Atmosphäre auf, die in dem Gehäusedeckel 106 ausgebildet ist (vgl. 4) und über die die ersten Bereiche 24a der Strömungskammern 24 des zweiten Teils der Ventile 2b oder ein die ersten Bereiche 24a der Ventile 2b umfassender Bereich 184 mit der Atmosphäre verbunden sind. Wird ein Medienspeicher entlüftet, strömt die darin enthaltene Luft zunächst über den jeweiligen Verbraucheranschluss 130a, b, c, d in die Luftkanäle 178a, b, c, d bzw. die zweiten Bereiche 24b und dann über die geöffnete Ventilöffnung 14 der Ventile 2b sowie den Verbindungskanal 24c in den Bereich 184 (siehe 6 - gestrichelte Pfeile). Über die Luftspalte 92 erfolgt auch hier bei geöffneter Ventilöffnung 14 ein Luftaustausch zwischen dem Bereich 184 und der Betätigungskammern 26 der Ventile 2b.
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Die zweiten Bereiche 24b der Strömungskammern eines ersten Ventils 2a und eines zweiten Ventils 2b sind jeweils paarweise fluidisch miteinander sowie mit einem der vorliegend vier Verbraucheranschlüsse 130a, b, c, d für vier Medienspeicher bzw. Luftkissen verbunden. Dabei ist jedem Medienspeicher bzw. Luftkissen einer der Luftkanäle bzw. Luftkammern 178a, b, c, d zugeordnet, wobei die Luftkanäle 178a, b, c, d ebenso wie die Bereiche 182, 184 sowie die Bereich 184, 186 voneinander trennende Trennwände 180, 188 wiederum integral mit dem Zwischengehäuse 108 ausgebildet sind bzw. von diesem gebildet werden. Mit anderen Worten: Jeweils ein erstes Ventil 2a und ein zweites Ventil 2b sind einem Medienspeicher zugeordnet und mit diesem verbunden, wobei das erste Ventil 2a zur Befüllung des Medienspeichers mit Luft und das zweite Ventil 2b zum Entleeren des Medienspeichers dient. Durch diesen Zusammenschluss von Belüftung und Entlüftung durch in dem Zwischengehäuse 108 ausgebildete Luftkanäle 178a, b, c, d wird eine 3/3-Wege-Funktionalität der Ventilanordnung 100 erreicht. Die Ventilanordnung 100 wird also insgesamt bezüglich der Luftführung in drei Bereiche aufgeteilt, einen Druckbereich 182, der mit der pneumatischen Pumpe verbunden ist und in welchem die Ventile 2a bzw. deren erste Bereiche 24a angeordnet sind, einem Entlüftungsbereich 184, der mit der Öffnung 132 zur Atmosphäre verbunden ist und in welchem die ersten Bereiche 24a der Ventile 2b angeordnet sind und einem Elektronikbereich 186, welcher die wesentlichen Bauteile der Elektronik enthält. Sowohl in dem Druckbereich 182 als auch in dem Entlüftungsbereich 184 oder dem Elektronikbereich 186 können - nicht dargestellte - Drucksensoren vorgesehen sein, um Rückschlüsse auf den jeweiligen Druck in den Luftkissen schließen zu können.
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Der Druckbereich 182, der Entlüftungsbereich 184 und der Elektronikbereich 186 sind jeweils über von dem Zwischengehäuse 108 gebildete Trennwände 180, 188 voneinander getrennt und pneumatisch gegeneinander abgedichtet. Um einen abgedichteten Übergang 190 der Leiterplatte 22 zwischen dem Druckbereich 182 und dem Entlüftungsbereich 184 und zwischen dem Entlüftungsbereich 184 und dem Elektronikbereich 188 zu erreichen, wird an dem Übergang in der Trennwand 188 durch eine Öffnung in der Leiterplatte 122 ein Klebstoff appliziert, welcher sich in dem Zwischenraum zwischen Leiterplatte 122 und Trennwand 188 verteilt und beispielsweise durch UV-Licht ausgehärtet werden kann.
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Zur Befestigung der Leiterplatte 122 an dem Zwischengehäuse 108, weist dieses Vorsprünge 52 auf, die an einer Stirnseite der die Aufnahmeräume 38 ausbildenden Zwischenwände 36 angeformt sind (8) und sich im Montagezustand durch die Ausnehmung der Leiterplatte 122 erstrecken und darin unlösbar fixiert sind (7).
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Die pneumatische Pumpe sowie die Medienspeicher sind über Schläuche, die auf den Druckanschluss 170 bzw. die Verbraucheranschlüsse 130a, b, c, d aufgeschoben werden, mit der Ventilanordnung verbunden. Um den Druckanschluss 170 bzw. die Verbraucheranschlüsse 130a, b, c, d, die vorliegend vollständig innerhalb des Zwischengehäuses 108 angeordnet sind und nicht aus diesem vorstehen, vor mechanischen Einflüssen zu schützen, ist eine Stützvorrichtung 194 in dem Zwischengehäuse 108 integriert, durch welche die Schläuche hindurch und auf die Anschlüsse gesteckt werden können (vgl. auch 11). Die Stützvorrichtung 194 ist beispielhaft ein den Druckanschluss 170 und die Verbraucheranschlüsse 130a, b, c, d, teilweise umgreifendes Blech mit einer Öffnung durch welche ein Schlauch zum Aufstecken auf die Anschlüsse hindurchgesteckt werden kann. Bei einer Ventilanordnung 100 mit einer solchen Stützvorrichtung 194 kann beispielsweise die Wandstärke der zylindrisch geformten Anschlüsse verringert werden, was wiederum den Durchfluss des Ventils 2 erhöht. In 12A bis 12C ist beispielhaft ein Verbraucheranschluss 30, 130 dargestellt, ein Druckanschluss 170 weist eine entsprechende Form auf. Der Verbraucheranschluss 30, 130 weist einen sich zu einem freien Ende hin verjüngenden ersten, dem Ventilraum 12 abgewandten Endabschnitt 31a auf. Hieran anschließend ist ein im Wesentlichen elliptischer zweiter, dem Ventilraum zugewandten Endabschnitt 31a, 31b vorgesehen. Der Umfangsabschnitt 31c weist dabei gegenüber dem Umfangsabschnitt 31b einen größeren Außendurchmesser auf, ist also radial verbreitert. Der verbreiterte Abschnitt 31c ist im Montagezustand auf der Unterseite des Anschlussstutzens 30, 130 angeordnet. Dadurch wird zwischen dem ersten Endabschnitt 31a und dem zweiten Endabschnitt 31b, c eine Hintergriffsfläche 31d ausgebildet, die einen sicheren Sitz des auf den Anschluss 30, 130 aufgesteckten Schlauches gewährleistet und den Schlauch gegen ein Abziehen sichert. Somit variiert nicht nur die innere Weite des Verbraucheranschlusses, um den Durchfluss zu verbessern, wie in 2 gezeigt, sondern auch der äußere Durchmesser, um eine zuverlässige mechanische Befestigung der Schläuche zu gewährleisten. 9 zeigt einen Ausschnitt des von der Luftversorgungseinheit bzw. dem Druckanschluss zu den Strömungskammern 24 führenden Luftkanals 176 innerhalb des Zwischengehäuses 108. In dem Luftkanal 176 sind Leitelemente 94 in Form von Leitschaufeln angeordnet. Dadurch wird das von der Luftversorgungseinheit durch den Luftkanal 176 strömende Fluid bzw. dessen Strömung vor Eintritt in die jeweiligen ersten Bereiche 24a der Strömungskammern 24 bzw. vor Eintritt in die Ventilräume 24c gerichtet, sodass Turbulenzen vermieden werden, was wiederum den Durchfluss des Ventils 2, 2' bzw. der Ventilanordnung 100 erhöhte und eine unnötige Geräuschentwicklung reduziert.
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10 zeigt ein Zwischengehäuse 208 gemäß einer weiteren Ausführungsform, nämlich für eine Ventilanordnung, die mehrere gemäß 1B ausgebildete Ventile 2', also 3/2-Wegeventile aufweist, und beispielsweise zur Ausführung einer Massagefunktion eines Fahrzeugsitzes, also zur zyklischen Be- und Entlüftung mehrere Luftkissen eingesetzt wird. Da die übrigen Komponenten der Ventilanordnung im Wesentlichen denen der zuvor beschriebenen Ventilanordnung 100 entsprechen, sei hierauf verwiesen. Durch die Auswahl des Zwischengehäuses 108 oder 208 und somit die darin angeordneten Luftkanäle lässt sich somit eine gewünschte Funktionalität - Massage oder statische Einstellung - erreichen.
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Das Zwischengehäuse 208 weist einen gemeinsamen Druckanschluss 270 auf, über den alle Ventile 2' mit einer pneumatischen Pumpe verbindbar sind, wobei der Druckanschluss 270 über einen innerhalb des Zwischengehäuses 208 ausgebildeten Luftkanal 276 jeweils mit den ersten Bereichen 24a der Strömungskammern 24 der Ventile 2' verbunden ist bzw. in diese mündet. Das Stellglied 58 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich für eines der Ventile 2' gestrichelt dargestellt. Eine Öffnung zur Atmosphäre eines jeden Ventiles 2' ist in dem Gehäusedeckel ausgebildet, die die zweiten Bereiche 24b der Strömungskammern mit der Atmosphäre verbindet (vgl. 1B). Jedem Ventil 2' ist ein Medienspeicher zugeordnet, mit welchem das jeweilige Ventil 2' bzw. dessen zweiter Bereich 24b über einen Luftkanal 278 und über Verbraucheranschlüsse 230 verbunden ist, die wiederum entsprechend 12A - C ausgebildet sein können.
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Bei einem derart ausgebildeten Zwischengehäuse 208 weist die Ventilanordnung einen zusammenhängenden Druckbereich 282 auf, der von einem Elektronikbereich 286 wiederum über eine Trennwand 288 getrennt ist. Ein Übergang 190 der Leiterplatte zwischen dem Druckbereich 282 und dem Elektronikbereich 286 ist auch hier entsprechend der obigen Ausführungen pneumatisch abgedichtet.
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Zum Befüllen eines Medienspeichers strömt Luft über den Luftkanal 276 in die ersten Bereiche 24a bzw. in den die ersten Bereiche 24a umfassenden Bereich 282 und - wie auch bei dem Zwischengehäuse 108 - über Luftspalte 92 in die Betätigungskammer 26. Wird die Ventilöffnung 14 geöffnet, strömt Luft aus dem ersten Bereich 24a über den Verbindungskanal 24c durch die Ventilöffnung 14 in den zweiten Bereich 24b und von dort, gegebenenfalls über weitere, hier nicht dargestellte Luftkanäle, über die Verbraucheranschlüsse 230 zu dem jeweiligen Medienspeicher. Gleichzeitig wird das Stellglied 58 bewegt, sodass die Öffnung 32 verschlossen ist. Zum Entlüften des Medienspeichers wird die Ventilöffnung 14 durch Bewegung des Stellelementes 16 in Rückstellrichtung geschlossen, wodurch wiederum auch das Stellglied 58 bewegt wird und somit die Öffnung 32 freigibt. Dadurch strömt aufgrund des in dem Medienspeicher herrschenden Überdrucks die darin eingeschlossene Luft durch die Öffnung 32 aus dem Ventil 2' heraus. Auch bei dem Zwischengehäuse 208 sind die Luftkanäle 276 sowie der Bereich 282 von dem Zwischengehäuse selbst gebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 2, 2a, 2b
- Ventil
- 4
- Ventilgehäuse
- 6
- Gehäusedeckel
- 8
- Zwischengehäuse
- 10
- Gehäuseboden
- 12
- Ventilraum
- 14
- Ventilöffnung
- 16
- Stellelement
- 16a
- erster Endabschnitt des Stellelementes
- 16b
- zweiter Endabschnitt des Stellelementes
- 18
- SMA-Element
- 18a
- erstes Ende des SMA-Elementes
- 18b
- zweites Ende des SMA-Elementes
- 18c
- mittlerer Abschnitt des SMA-Elementes
- 20
- Rückstellelement (Schraubenfeder)
- 22
- Leiterplatte
- 22a
- Oberseite der Leiterplatte
- 22b
- Unterseite der Leiterplatte
- 24
- Strömungskammer
- 24a
- erster Bereich der Strömungskammer
- 24b
- zweiter Bereich der Strömungskammer
- 24c
- Verbindungkanal
- 26
- Betätigungskammer
- 28
- Trennwand
- 30, 130, 230
- Verbraucheranschluss
- 30a, 30b
- Endabschnitte des Verbraucheranschlusses
- 31a, b, c, d
- Abschnitte des Verbraucheranschlusses
- 32
- Öffnung
- 34
- Aufnahmeraum
- 36
- Zwischenwand
- 38
- Aufnahmeraum
- 40
- Ausnehmung
- 42
- Dichtelement
- 44
- Crimpverbinder
- 46
- Aufnahme des Crimpverbinders
- 48
- Abschnitt des Crimpverbinders
- 50
- Klemmmittel
- 52
- Vorsprung
- 54
- Durchgangsöffnung
- 56
- Schlitz
- 58
- Stellglied
- 60
- Dichtelement
- 62
- Schaltfinger
- 64
- Rückstellelement
- 66
- Drehpunkt
- 92
- Luftspalt
- 94
- Leitelement
- 100
- Ventilanordnung
- 106
- Gehäusedeckel
- 108, 208
- Zwischengehäuse
- 110
- Gehäuseboden
- 116
- Stellelement
- 168
- Steckverbinder
- 170, 270
- Druckanschluss
- 172
- Rückschlagventil
- 174
- Dämpfungsschaum
- 176, 276
- Luftkanal
- 178a, b, c, d, 278
- Luftkanäle
- 180
- Trennwand
- 182
- Druckbereich
- 184
- Entlüftungsbereich
- 186
- Elektronikbereich
- 188, 288
- Trennwand
- 190
- Klebestelle
- B
- Bewegungsrichtung des Stellelements
- H
- Hubrichtung
- R
- Rückstellrichtung
- A1
- seitlicher Überstand des Crimpverbinders
- A2
- axialer Überstand des Crimpverbinders
- W1
- lichte Weite des Endabschnittes 30b
- W2
- lichte Weite des Endabschnittes 30a
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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