DE602004009085T2 - Ventil - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Ventilen für Gas, Flüssigkeiten oder Pulvermaterialien der Art, wie in der Präambel von Anspruch 1 (siehe US 2002/0171055 ) bezeichnet.
• Der Zweck der Erfindung ist es, ein Ventil der oben spezifizierten Art bereitzustellen, welches eine extrem einfache und kostengünstige Struktur haben wird, und welches dann auch in seinem Betrieb effizient sein wird.
• Um dieses Ziel zu erreichen, ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Ventil, umfassend die Merkmale von Anspruch 1.
• In der bevorzugten Ausführungsform, jeweils verbunden mit dem Mittelteil und dem äußeren Rand des Membranverschlusselements, sind eine erste Unterstützung und eine zweite Unterstützung angeordnet. Nochmals im Fall der bevorzugten Ausführungsform wird das Membranverschlusselement in einer stabilen Ruhekonfiguration in jeder der zwei vorher erwähnten relativen Endpositionen des Mittelteils und des äußeren Randes vorhanden sein. Weiterhin bevorzugt umfasst das Formgedächtnisbetätigungsmittel erste Formgedächtnisbetätigungsmittel zum Versetzen der Membran in Richtung der vorher erwähnten ersten relativen Endposition und zweite Formgedächtnisbetätigungsmittel zum Versetzen der Membran in Richtung der zweiten relativen Endposition. Im Fall der bevorzugten Ausführungsform ist die Membran geformt, um eine Zwischentotpunktkonfiguration darzustellen zwischen den zwei relativen Endpositionen des äußeren Randes und des Mittelteils. Wenn die Membran wegbewegt wird von der Konfiguration entsprechend der ersten Endposition, tendiert sie natürlich zum Versetztwerden in die gegenüberliegende Konfiguration entsprechend der zweiten relativen Endposition, sobald sie die Zwischentotpunktkonfiguration überschritten hat. Folglich, in der bevorzugten Ausführungsform, sind die ersten und die zweiten Formgedächtnisbetätigungsmittel in der Lage, jede Versetzung der Membran von einer Konfiguration zu der anderen umzusetzen, einfach durch Wegbewegen aus der Startposition, bis sie die Zwischentotpunktkonfiguration überschritten hat.
• Eine besonders vorteilhafte Anwendung des Ventils entsprechend der Erfindung ist die Steuerung des Luftdurchgangs in einer Position entsprechend einer Ventilierungsöffnung der Art, wie sie z.B. in den Fahrerkabinen von LKWs verwendet wird. Jedoch ist die Anmeldung des Ventils entsprechend der Erfindung zusammengenommen allgemein und erstreckt sich ebenso zu dem Gebiet von Gasen, Flüssigkeiten oder Pulvermaterialien.
• Es ist ebenso möglich, an ein Ventil zu denken, welches in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung gebaut ist, welches ein monostabiles Membranverschlusselement haben wird anstatt ein bistabiles wie in dem Fall der bevorzugten Ausführungsform. Dies bedeutet, dass das Membranverschlusselement nur in einer Ruheposition sein wird, in einer der zwei vorher erwähnten relativen Endpositionen des Mittelteils und des äußeren Randes der Membran. Die Formgedächtnisbetätigungsmittel sind im Voraus angeordnet zum Versetzen des Verschlusselements in die gegenüberliegende Position, und dort können bereitgestellt sein, z.B. elastische Mittel, die dazu neigen, das Membranverschlusselement in den Ruhezustand zurückzurufen, wenn die Aktivierung der Formgedächtnismittel beendet ist.
• Nochmals im Fall der bevorzugten Ausführungsform bestehen die ersten und zweiten Formgedächtnismittel jeweils aus einem Draht, welcher durch eine Formgedächtnislegierung gebildet ist und auf eine jeweilige Seite des Membranverschlusselements gesetzt ist, um in zwei diametral gegenüberliegende Gebiete des äußeren Randes davon einzugreifen, ebenso wie der Mittelteil der Membran. Der Formgedächtnisdraht wird aktiviert durch seine erzwungene Umwandlung durch elektrischen Strom. In dem aktivierten Zustand tendiert der Formgedächtnisdraht dazu, die Membran dazu zu bringen, ihre Totpunktkonfiguration zu überschreiten. Vorteilhafterweise kann der im Vorhinein auf jeder der zwei Seiten der Membran angeordnete Draht dazu gebracht werden, zurückzukehren in die Form eines U mit zwei parallelen Ästen, um seine zwei gegenüberliegenden Enden benachbart zueinander zu präsentieren auf derselben Seite der Membran für eine gängigere Verbindung mit elektrischen Versorgungsmitteln. Die Mittel sind verantwortlich für das Aufheizen des Drahtes mit dem Joule-Effekt, welcher zu einem Anstieg in der Temperatur davon führt, bis die Umwandlungstemperatur überschritten ist, bei welcher Kontraktion des Drahtes auftritt.
• Natürlich wird die elektrische Versorgung der ersten und zweiten Formgedächtnismittel bevorzugt gesteuert bei elektronischen Steuermitteln, die einzeln die ersten und zweiten Formgedächtnismittel aktivieren, folgend auf einen Eingriff des Benutzers auf Steuermittel, die das Ventil steuern.
• Ebenso vorgesehen ist der Fall eines monostabilen Membranverschlusselements, welches aus der Ruheposition wegbewegt wird mittels einer proportionalen Steuerung des elektrischen Stroms, der zu dem Formgedächtnisdraht geliefert wird, zum Zweck einer Positionierung des Verschlusselements in einer variablen Art, mit einer geschlossenen Schleife-Steuerung, die auf der Basis eines Feedback-Signals durchgeführt wird, welches z.B. aus einem Signal besteht, welches einen Parameter bezeichnet, wie die Temperatur des Drahtes, die Position des Verschlusselements oder des Drahtes, den elektrischen Widerstand des Drahtes oder den gelieferten Strom.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden ersichtlich werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen, welche rein als nichtlimitierendes Beispiel bereitgestellt sind, und in welchen:
• 1 eine partielle perspektivische Schnittansicht einer Öffnung für die Ventilationsluft in der Fahrerkabine eines LKWs ist, welche aus gestattet ist mit einem Ventil entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
• 2 und 3 Querschnittsansichten der Öffnung aus 1 unter zwei verschiedenen Betriebsbedingungen sind.
• Mit Bezug zu den Zeichnungen bezeichnet Nummer 1 als Ganzes eine Öffnung, gestaltet, um Auslass der Ventilationsluft aus der Fahrerkabine eines LKW zu ermöglichen. Natürlich hat das hier gegebene Beispiel keinen limitierenden Effekt auf die Anwendbarkeit der Erfindung, welche zusammengenommen allgemein ist. Das Ventil entsprechend der Erfindung kann tatsächlich mit jeder Art von Öffnung oder Durchgang für Luft in jeder Art von Vorrichtung oder ähnlichem verbunden sein, und kann verwendet werden als ein Ventil für Flüssigkeiten oder für Pulvermaterial in jeder geeigneten Anwendung.
• Mit Bezug zu dem spezifischen Beispiel umfasst die Öffnung 1 eine Hülle oder Gehäuse 2 aus Plastikmaterial mit einer kastenähnlichen Gestalt, mit einer Endwand 3, mit einer kreisförmigen Öffnung 4 und einer gegenüberliegenden offenen Seite mit einer perimetralen Kante in einer Position, entsprechend zu welcher ein Rahmen befestigt ist, mit einer Vielzahl von parallelen Lamellen 7, die mit einem Abstand voneinander abgesetzt sind und starr mit dem Rahmen 6 verbunden sind und zwischen ihnen Schlitz 8 begrenzen für den Austritt der Luft, die aus der Fahrerkabine des LKW kommt. Offensichtlich, wie gesagt wurde, könnte eine Öffnung oder ein Lüftungsschlitz der hier gezeigten Art ebenso als ein Ventilationsauslass in Gebäuden oder Geländen jeder Art verwendet werden, wie z.B. Treibhäuser oder industrielle Schuppen. Die Kommunikation durch die Öffnung 4 wird gesteuert durch ein Membranverschlusselement 9, umfassend eine Membran aus Gummi mit einem Mittelteil, welches auf der ersten Mittelunterstützung 10 und einem äußeren Versiegelungsrand befestigt ist, welcher an einer zweiten äußeren Unterstützung 11 befestigt ist und in der Lage ist, Versiegelung in einem Gebiet entsprechend dem Rand einer kreisförmigen Öffnung 4 zu versichern. Die Gummimembran 9 ist deformierbar, um eine relative axiale Versetzung der zweiten äußeren Unterstützung 10 zu ermöglichen in Bezug zu der ersten Mittelunterstützung 10, welche starr verbunden ist mittels Unterstützungsstangen 10a mit der Struktur des Rahmens 6. Die zweite äußere Unterstützung 11 ist folglich axial versetzbar mit Bezug zu dem Gehäuse 2 der Öffnung zwischen einer ersten Betriebsposition, in 2 gezeigt, in welcher der äußere Rand 9a der Membran 9 Dichtheit versichert in einem Gebiet entsprechend der Öffnung 4, und einer gegenüberliegenden Position (3), in welcher die zweite äußere Unterstützung 11 in einem axialen Abstand gesetzt ist, weg von der Öffnung 4, so dass die Luft frei ist, durch die Öffnung zu passieren und durch die Schlitze 8 herauszukommen. Die Gummimembran 9 hat eine Totpunktkonfiguration, so dass sie, wenn sie weg von einer ihrer zwei Konfigurationen bewegt wird, in 2 und 3 gezeigt, versetzt wird als ein Ergebnis ihrer eigenen Elastizität in Richtung der anderen Konfiguration, sobald der Totpunkt überschritten ist.
• Die Bewegung des Membranverschlusselements 9 zwischen den zwei extremen Bedingungen, in 2 und 3 gezeigt, wird gesteuert mittels eines ersten Drahtes und eines zweiten Drahtes, welche aus einer Formgedächtnismetalllegierung gemacht sind und welche jeweils durch 12 und 13 bezeichnet sind. Vorzugsweise, wie gezeigt, ist jeder der zwei Drähte 12, 13 zurückgesetzt in einem U um einen Anhang 11a des Randes der zweiten äußeren Unterstützung 11, um die zwei Enden benachbart zueinander in elektrischer Verbindung mit zwei Kontakten 14 zu präsentieren, welche mit elektrischen Versorgungsmitteln (nicht gezeigt) verbunden werden sollen. In dem deaktivierten Zustand ist der Formgedächtnisdraht in einem ausgedehnten Zustand (wie der Draht 13 in 2 oder der Draht 12 in 3). Den Zustand von 2 voraussetzend, führt die elektrische Versorgung des Drahtes 13 zu seiner Kontraktion. Da der Draht an die zweite äußere Unterstützung 11 in zwei diametral gegenüberliegenden Gebieten davon gesichert ist, führt das Verkürzen des Drahtes 13 in gegenüberliegenden Gebieten der zweiten äußeren Unterstützung 11, mit welcher er verbunden ist, dazu zu neigen, in der gleichen Ebene sich aufzureihen, mit dem Mittelteil des Drahtes in Kontakt mit der ersten Mittelunterstützung 10. Dies bewirkt eine axiale Versetzung der zweiten äußeren Unterstützung 11 hoch zu der gegenüberliegenden Position, wie in 3 gezeigt, wobei die Bewegung begünstigt wird bei der Membran 9 selber, sobald die letztere ihren Totpunktzustand überschritten hat. Sobald der in 3 gezeigte Zustand erreicht ist, kann der Draht 13 deaktiviert werden, insoweit, wie die Elastizität der Membran 9 selber dazu neigt, die zweite äußere Unterstützung 11 in dem in 3 gezeigten Zustand zu halten, die in einem Abstand von dem Rand der Öffnung 4 des Gehäuses 2 gesetzt ist. Wie schon gesagt wurde, in dem Zustand kann ein Luftfluss F, der von der inneren Umgebung kommt, das Gehäuse 2 betreten und durch die Schlitze 8 ausfließen. Wenn es gewünscht ist, die Öffnung wieder zu verschließen, ist es ausreichend, den Draht 12 zu aktivieren, um eine Kontraktion davon zu verursachen, welche eine Versetzung der zweiten äußeren Unterstützung 11 verursacht in Bezug zu der ersten Mittelunterstützung 10 in die relative, in 2 gezeigte Position. Ebenso während des Durchgangs ist die Bewegung begünstigt durch die Elastizität der Membran 9 selber, sobald sie ihre Totpunktkonfiguration überschritten hat.
• Natürlich, wie schon mehrfach gezeigt, auch wenn das bevorzugte Beispiel der hier beschriebenen Ausführungsform eine bistabile Membran verwendet, wäre es ebenso möglich, die Verwendung eines monostabilen Membranverschlusselements vorzusehen, in welchem Formgedächtnisbetätigungsmittel verwendet werden zur Bewegung der Membran weg von ihrem stabilen Zustand, und elastische Mittel verwendet werden zum Rückrufen der Membran in die Konfiguration nach einer Deaktivierung der Formgedächtnismittel.
• Ebenso kann die Gestaltung und Anordnung der Formgedächtnismittel irgendetwas anderes sein, auch wenn die hier gezeigte, besondere Vorteile und Einfachheit und Effektivität zeigt.
• Die Vorrichtung entsprechend der Erfindung kann ebenso verwendet werden zur Steuerung, in einer variablen Art, des Querschnitts des Durchgangs eines Rohres, z.B. für ein Gas. In diesem Fall ist es z.B. möglich, einen kranzförmigen Ventil körper über einem Ende des Rohres bereitzustellen und das Membranverschlusselement möglicherweise in einer proportionalen Art zu steuern, mit einer geschlossenen Schleife-Steuerung, wie schon oben erwähnt.
• Natürlich ohne Präjudiz zu dem Prinzip der Erfindung können die Details der Konstruktion und der Ausführungsform breit variieren mit Bezug zu dem, was hier beschrieben und gezeigt ist, rein als Beispiel, ohne dabei den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

1. Ventil für Gase, Flüssigkeiten oder Pulvermaterialien, umfassend ein Membranverschlusselement (9) mit einem Mittelteil und einem äußeren Rand, welche axial mobil sind in Bezug zu einander zwischen einer ersten relativen Endposition und einer zweiten relativen Endposition, welche jeweils dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand des Ventils entsprechen oder anders herum, und Formgedächtnisbetätigungsmittel (12, 13) zum Steuern der Position des Mittelteils und des äußeren Randes in Bezug zueinander, wobei der Mittelteil und der äußere Rand der Membran (9) jeweils verbunden sind mit einer ersten Mittelunterstützung (10) und einer zweiten Randunterstützung (11), und wobei insofern die Formgedächtnismittel (12, 13) wirksam zwischen die ersten und zweiten Unterstützungen (10, 11) gesetzt sind, und wobei das Ventil weiterhin umfasst elektrische Liefermittel zum Liefern eines elektrischen Stroms zu den Formgedächtnisbetätigungsmitteln (12, 13), um so eine Erhöhung der Temperatur davon über eine jeweilige Umwandlungstemperatur zu verursachen, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnisbetätigungsmittel umfassen einen Draht (12; 13) aus Formgedächtnismaterial, welcher diametral über die Membran angeordnet ist, wobei der Draht Abschnitte hat, die abgesichert sind an der zweiten Randunterstützung (11) an zwei diametral gegenübergelegenen Gebieten davon und einem Mittelteil in Kontakt mit der ersten Mittelunterstützung (10), so dass, wenn der Formgedächtnisdraht (12; 13) mit elektrischem Strom beliefert ist, das resultierende Verkürzen des Drahtes veranlasst die diametral gegenüberliegenden Gebiete der zweiten Randunterstützung (11), mit welcher er verbunden ist, dazu zu neigen, in derselben Ebene mit dem Mittelteil des Drahtes in Kon takt mit der ersten Mittelunterstützung (10) sich aufzureihen und dadurch den Mittelteil und den äußeren Rand der Membran von einer relativen Endposition zu der anderen zu bringen.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran monostabil ist, d.h. sie hat eine einzelne stabile Ruhekonfiguration entsprechend einer der vorher erwähnten relativen Endpositionen, und dadurch, dass die Formgedächtnismittel dazu neigen, die Membran aus der vorher erwähnten stabilen Konfiguration wegzubewegen, und dadurch, dass elastische Mittel vorgesehen sind zum Rückrufen der Membran zurück in die stabile Konfiguration nach einer Deaktivierung der Formgedächtnismittel.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) bistabil ist, d.h. sie hat eine stabile Ruhekonfiguration in jeder der zwei vorher erwähnten relativen Endpositionen und eine Zwischentotpunktposition, so dass die Membran dazu neigt, als ein Ergebnis ihrer eigenen Elastizität, in Richtung einer der stabilen Konfigurationen sich zu bewegen, wenn sie weg von der anderen bewegt wird, bis sie die vorher erwähnte Totpunktposition überschreitet.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es erste und zweite Formgedächtnisdrähte (12, 13) aufweist zum Drücken der Membran (9) jeweils in Richtung erster und in Richtung der zweiten relativen Endpositionen.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Formgedächtnismittel umfassen einen ersten Formgedächtnisdraht (12) und einen zweiten Formgedächtnisdraht (13), die auf die zwei Seiten der vorher erwähnten Membran (9) gesetzt sind und in diametral gegenüberliegenden Gebieten der zweiten Randunterstützung (11) verbunden sind, um dazu zu neigen, die Position der ersten Unterstützung und der zweiten Unterstützung zu verändern in Bezug zueinander, wenn sie aktiviert sind.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst eine Hülle oder Gehäuse (2) mit einer Endwand (3), welche eine Öffnung (4) aufweist, die gesteuert ist durch das Membranverschlusselement (9), wobei das Gehäuse (2) eine offene Seite aufweist, in welcher ein Rahmen (6) befestigt ist, welcher eine Vielzahl von Schlitzen (8) zum Luftaustritt definiert, wobei die erste Mittelunterstützung des Membranverschlusselements (9) mit dem Rahmen verbunden ist und die zweite Randunterstützung (11) axial beweglich ist in Bezug zu der Unterstützung zwischen einer ersten Position, in welcher sie in Kontakt ist mit dem Rand der vorher erwähnten Öffnung (4), um sie zu versiegeln, und einer axial in einer Entfernung von der ersten gesetzten Position, in welcher der Durchgang von Luft durch die Öffnungen (4) ermöglicht ist.
7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen ist ein monostabiles Membranverschlusselement, welches aus der Ruheposition wegbewegt wird mittels einer proportionalen Steuerung des elektrischen Stroms, der zu dem Formgedächtnisdraht geliefert wird, um das Verschlusselement in einer variablen Art zu positionieren mit einer Geschlossenen-Schleifen-Steuerung, die auf der Basis eines Feedback-Signals durchgeführt wird, welches z.B. besteht aus einem Signal, welches einen Parameter wie die Temperatur des Drahtes, die Position des Verschlusselements oder des Drahtes, den elektrischen Widerstand des Drahtes oder den gelieferten Strom bezeichnet.
8. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgedächtnisdraht (12; 13) in einer U-Art angeordnet ist, um einen Anhang (11a) der zweiten Randunterstützung (11), um darzustellen zwei parallele Abschnitte und zwei zueinander benachbarte Enden, wobei die Enden gesichert sind an einem Gebiet der Randunterstützung, welche diametral gegenüber dem Anhang (11a) ist und welches in elektrischer Verbindung mit den elektrischen Liefermitteln ist.