DE69803681T2

DE69803681T2 - Luftversorgungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69803681T2
Application number: DE69803681T
Authority: DE
Inventors: Layne Carruth; W. Chambers; D. Deridder; D. Ellis; Scott Mccormick; R. Schulte
Original assignee: Hill Rom Services Inc
Current assignee: Hill Rom Services Inc
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: US6202672B1; DE69803681D1; JP2001513382A; EP1133941B1; TW384364B; WO1999009860A2; DE69824049D1; ATE212520T1; ATE266957T1; AU9203198A; US20020023681A1; US6439264B1; CA2301941A1; EP1133941A2; WO1999009860A3; US6302145B1; BR9811388A; EP1009257A2; EP1009257B1; EP1133941A3

Description

Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Steuerventilsysteme für Luftmatratzen- oder Luftkissenunterstützungsflächen und insbesondere ein Steuerventilsystem für Luftmatratzen oder Unterstützungsflächen mit einer Vielzahl individuell steuerbarer Kammern, z. B. Krankenhausbetten.
Andere Kissendrucksteueranordnungen, die ein Ventil verwenden, um das Kissen von einer Leitung zu isolieren, wobei dann entweder Druck oder Vakuum an die Leitung angelegt wird, können nicht gleichzeitig die Aufblähung eines Kissens erhöhen, während sie von einem anderen absaugen. Das bedeutet, daß das Einstellen der Kissen in Antwort auf eine Bewegung des Patienten oder Veränderungen der Bettposition länger dauert, was zu einem reduzierten Komfort und möglicherweise einer weniger wirksamen Therapie führt. Dieser Anordnungstyp kann auch nicht für den wirksamsten Typ eines Systems zur Drehung von Patienten verwendet werden, das den Druck in einem Rotationskissen erhöht, während es gleichzeitig den Druck in einem anderen verringert.
Andere Anordnungen können mehrere Ventile mit unabhängigen Aktuatoren verwenden, um die gewünschten Steuerzustände zu erreichen. Dies erfordert eine Steuerverdrahtung und Raum für jeden Aktuator. Ferner gewährleistet dies nicht, daß lediglich eines der Ventile pro Paar zu einem Zeitpunkt aktiviert wird.
Bettkissen werden typischerweise auf Drücke zwischen 0,5 psi und 1 psi (25,9 und 51,7 mmHg) aufgeblasen. Bei diesen niedrigen Drücken muß die Größe der Flußöffnung in dem Ventil relativ groß sein, um ein adequates Luftvolumen durchzulassen, um das Kissen in einer angemessenen Zeit aufzublasen oder zu entleeren.
Vorhandene Ventile, die große Flußöffnungen haben, weisen entweder große Aktuatoren auf oder sind "vorgesteuert". Ein vorgesteuertes Ventil nutzt einen kleinen Aktuator, wie z. B. einen Magneten, um einen Zustand zu erzeugen, der verursacht, daß sich ein größerer Ventilabschnitt öffnet. Ein Beispiel dafür würde darin bestehen, einen Magneten zu verwenden, um ein sehr kleines Ventil zu öffnen, das es erlaubt, daß unter Druck stehende Luft in eine Kammer hindurchfließen kann, wo sie ein größeres Ventil aktiviert, indem sie gegen eine Membran drückt. Dieser Typ eines vorgesteuerten Ventils erfordert es im allgemeinen, daß der minimale Luftdruck 3 psi (155,1 mmHg) oder mehr beträgt, um zum Aktivieren des größeren Ventils genug Kraft zu erzeugen. Diese Typen von Druckluftquellen, die für Krankenhausbettenkissen (Niederdruckgebläse mit hohem Fluß) in höchstem Maß wünschenswert sind, erzeugen im allgemeinen Druck, der hoch genug ist, um ein vorgesteuertes Ventil zu aktivieren, ausgenommen wenn die Vorsteuervorrichtung sehr groß ist.
Vorhandene unmittelbar wirkende Ventile verwenden typischerweise elektrische Magneten, um ein Ventil mit einer kleinen Öffnung zu betreiben. Da diese Ventile typischerweise für höhere Drücke ausgelegt sind, die bei industriellen und kommerziellen Anwendungen auftreten, sind die Ventilöffnungen klein.
Die Kraft, die gegen die Betätigungsvorrichtung für ein unmittelbar wirkendes Ventil wirkt, entspricht typischerweise dem Druck, gegen den das Ventil abdichtet, multipliziert mit dem Querschnittsdichtbereich des Ventils (F = P · A). Bei einem Industrieventil kann diese Kraft 100 psi (5171,5 mmHg) betragen; wenn ein Ventil einen Querschnittsdichtbereich von 0,20 Inch (0,51 cm) aufweist (ein in der Praxis auftretender Bereich für die Flüsse und Drücke, die von einem Krankenhausbett gefordert werden), würde die von dem Aktuator zu überwindende Kraft 20 lbs (9,07 kg) betragen. Bei einem Krankenhausbett würde jedoch der Druck für eine Gesamtkraft von lediglich 0,2 lb (0,091 kg) in der Größenordnung von 1 psi (51,7 mmHg) liegen.
Da es aufgrund der physikalischen Größe und des hohen elektrischen Leistungsverbrauches bei industriellen Hochdruckanwendungen unpraktisch ist in Betracht zu ziehen, einen Magneten zu verwenden, der 20 lbs (9,07 kg) an Kraft entwickelt, sind diese Ventile im allgemeinen mit Flußöffnungen (Ventilmündungen) ausgeführt, die einen Querschnittsbereich in der Größenordnung von 0,01 Quadratinch (0,065 cm²) aufweisen. Diese Öffnungsgröße ist für Flußraten zu klein, die bei den in einem Krankenhausbettsystem zu findenden niedrigen Drücken gefordert sind.
Eine andere Einschränkung bekannter Ventilsteuerstrukturen besteht in der Fähigkeit, eine proportionale Flußsteuerung bereitzustellen.
Der Ventilsitz und der Ventilteller können so ausgeführt sein, daß sie entweder flach, rund sind oder variierende Verjüngungsmaße aufweisen. Bei einem flachen Ventilsitz verursacht ein kleiner Betrag an Bewegung des Aktuators einen bedeutsamen Anstieg in dem Fluß durch das Ventil. Dieser Typ einer Sitz- und Tellerauslegung ist am nützlichsten, wenn es wünschenswert ist, ein Kissen so schnell wie möglich aufzublasen, oder wenn es wünschenswert ist, einen Druck-"Puls" zu erzeugen, wobei das Ventil plötzlich Zuständen hohen Flusses unterworfen wird.
Wenn das Maß an Verjüngung an dem Ventilsitz und -teller vergrößert wird, wird für eine vorgegebene Bewegung des Aktuators eine kleinere Flußänderung erzeugt. Dies ermöglicht es, die Flußrate durch das Ventil zu steuern, indem die Position des Aktuators gesteuert wird. Diese Charakteristik ist insbesondere bei Kissen mit "niedrigem Luftverlust" nützlich, bei denen Luft kontinuierlich durch eine Öffnung mit festgelegter oder variabler Größe aus dem Kissen austritt. Ein Ventil mit proportionierenden Charakteristika kann so betätigt werden, daß es gerade einen ausreichenden Luftfluß bereitstellt, um den Verlust an Luft von dem Kissen auszugleichen. Als Alternative kann das proportionierende Ventil auf der Ablaßseite des Kissens verwendet werden, um zur Steuerung der Ablaßrate von dem Kissen eine Öffnung mit variabler Größe zu schaffen.
Eine andere Anwendung der proportionalen Flußsteuercharakteristika besteht darin, die Drehung des Patienten auf der Luftkissenunterstützungsfläche zu steuern. Untersuchungen haben gezeigt, daß eine langsame Drehung, die durch ein gleichzeitiges Aufblasen eines Kissens bei einem Ablassen eines anderen Kissens erzeugt wird, einer schnellen Drehung vorzuziehen ist.
Wenn ein Ein/Aus-Ventilzyp verwendet wird, um ein Kissen aufzublasen oder abzulassen, kann die Verzögerungszeit zwischen dem Erfassen, daß der gewünschte Druck erreicht wurde, und dem Zeitpunkt, an dem das Ventil geschlossen wird, ein "Hinausschießen" verursachen, was eine zusätzliche Korrektur und Einstellung erfordert.
Ein Proportionalventil kann anfänglich in eine Position vollständigen Flusses geöffnet werden, um eine höhere Flußrate zu erreichen; wenn der gewünschte Druck angenähert wird, kann das Ventil in eine Position für einen Teilfluß geschaltet werden, um den Überschwingzustand zu reduzieren oder zu beseitigen, wenn der Drucksensor und die Bettsteuerung feststellt, daß der gewünschte Druck angenähert wird.
Ein proportionales Öffnen von Ventilen resultiert in einem sanfteren anfänglichen Aufblasen, wobei Druckspitzen oder Schockwellen vermieden werden, die Unbehagen für den Patienten verursachen können. Ein gesteuertes proportionales Öffnen und Schließen von Ventilen kann auch die mechanischen und Luftfluß- Geräusche reduzieren, die von Ventilen verursacht werden, die plötzlich öffnen und schließen.
Beim Steuern der Flächendrücke eines Mehrfachbereiches können Bettzustände auftreten, die es wünschenswert machen, daß einige Kissen eine höhere Luftflußrate erhalten als andere. Dies kann auftreten, weil ein Kissen ein größeres Volumen als andere aufweist, da der Patient Gewicht von einem Kissen oder einer Gruppe von Kissen zu anderen verschiebt oder aufgrund einer Änderung der Betriebsart des Bettes (z. B. durch einen Übergang in eine Betriebsart zum Drehen eines Patienten).
Bei Ein/Aus-Ventilen kann das nur dadurch erreicht werden, daß die Ventile bei unterschiedlichen Raten ein- und ausgeschaltet werden. Ein derartiges Betriebsverfahren kann ein ungleichmäßiges Aufblasen, Druckwellen, zusätzliche Geräusche und längere Antwortzeiten verursachen, um die gewünschten Kissenaufblasraten zu erreichen.
Unter einigen Umständen ist es wünschenswert, einige Bereiche (e. g. Seitenpolster, Kopfstützen und Rotationskissen) auf deutlich höhere Drücke als andere Bereiche aufzublasen. Dies wird oftmals dadurch erreicht, daß die Druckpegel in der Druckzufuhrleitung erhöht werden, um die Anforderungen dieser "überaufgeblasenen Bereiche" zu erfüllen. Bei Ventilen mit proportionalen Steuercharakteristika ist es möglich, eine genaue Aufblassteuerung der Bereiche niedrigen Drucks aufrechtzuerhalten, indem der Betrag, um den sich diese Ventile öffnen, während sich die Druckleitung in einem überaufgeblasenen Zustand befindet, reduziert wird.
In anderen Fällen kann die Luftzufuhr für bestimmte Betriebsarten begrenzt werden. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, einen oder mehrere Kissenbereiche sehr schnell aufzublasen. Wenn ein weniger kritischer Bereich zum gleichen Zeitpunkt Druck anfordert, kann er verfügbare Luft des Systems "stehlen", wobei die Leistung des Bettes hinsichtlich der Erfüllung der Anforderungen des ein schnelles Aufblasen benötigenden Bereichs beeinträchtigt wird. Die Verwendung eines Proportionalventils ermöglicht es dem Bettsteuersystem, das Öffnen weniger kritischer Ventile einzuschränken, um verfügbare Luft den kritischeren Stellen zuzuteilen.
Diese Fähigkeit, Luft zuzuteilen, kann die Verwendung von kleinen Luftquellen ermöglichen, die weniger elektrische Leistung benötigen, weniger Geräusche erzeugen und weniger Raum einnehmen.
Im Gebiet von Luftkissen wurde kein wirtschaftlicher und effektiver Aktuator gefunden, um das Ventil proportional zu positionieren. Für die Ein/Aus-Typ-Steuerventile wurde eine Magnetsteuerung verwendet. Somit nutzten die Systeme den Vorteil der verjüngten Ventilkörper und Ventilsitze nicht aus.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 0 260 087 offenbart eine Leitungsanordnung mit Aktuatoren, die arbeiten, um Ventile selektiv zu öffnen und zuschließen, wenn eine Welle dreht wird. Die europäische Patentanmeldung offenbart nicht oder legt nicht nahe, zwei separate Ventile entlang einer gemeinsamen Betätigungsachse zu betätigen.
Eine Steuerung einer Luftmatratze oder eines Kissens gemäß der vorliegenden Erfindung stellt ein einzigartiges Proportionalsteuerventil bereit. Das System umfaßt einen Verteiler mit wenigstens einem Zufuhranschluß, einem Ablaßanschluß und einem Auslaßanschluß, der mit einer Kammer in dem Verteiler verbunden ist. Ein Zufuhrventil und ein Ablaßventil befinden sich an dem Verteiler mit koaxialen Betätigungsachsen und sind mit den Zufuhr- bzw. Ablaßanschlüssen verbunden. Ein gemeinsamer Aktuator befindet sich an dem Verteiler zwischen den Zufuhr- und Ablaßventilen, um so die Zufuhr- und Ablaßventile entlang ihrer Betätigungsachsen zu bewegen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Aktuator ein linearer Aktuator mit ersten und zweiten Enden, die von benachbarten Ventilschäften der Zufuhr- und Ablaßventile in der neutralen Position des Aktuators beabstandet sind. Vorzugsweise umfaßt der lineare Aktuator einen Elektromotor. Der Aktuator und die Ventilschäfte sind voneinander elektrisch isoliert und vervollständigen einen Schaltkreis, wenn sie in Eingriff stehen. Lies stellt elektrische Rückmeldungsinformationen bereit. Die Ventilkörper sind aus einem elektrisch isolierten Material geformt.
Die Zufuhr- und Ablaßventile umfassen jeweils einen Körper mit einem ersten Auslaß, der mit einem entsprechenden Anschluß des Verteilers verbunden ist, einen Einlaß und einen Ventilsitz mit einer Einlaß- und einer Auslaßseite. Ein Ventilelement an der Auslaßseite des Sitzes umfaßt einen Schaft, der sich von dort durch den Ventilsitz erstreckt, um an seinem ersten Ende durch den Aktuator in Wirkverbindung gebracht zu werden. Eine Feder spannt das Ventil auf den Ventilsitz vor. Der Ventilsitz und der erste Auslaß des Ventils weisen im allgemeinen eine orthogonale Achse auf, Der Ventilkörper hat einen zweiten Auslaß auf der Auslaßseite des Ventilsitzes. Der Auslaßanschluß des Verteilers ist der zweite Auslaß von einem der Ventile. Der zweite Auslaß des anderen Ventils ist verstöpselt. Das Ventilelement und der Ventilsitz umfassen, verjüngte Bereiche. Das Ventilelement weist einen ersten verjüngten Bereich auf, der eine erste Änderungsrate der Größe der Ventilöffnung definiert und dann die Änderungsrate eines zweiten verjüngten Bereiches verringert. Das Ventilelement umfaßt einen Schulterbereich, der sich von dem verjüngten Bereich radial erstreckt. Der Ventilsitz weist einen Querschnittsbereich in der Größenordnung von 0,10 bis 0,40 Quadratinch (0,065 bis 0,26 cm²) auf.
Ein zweites Ende des Aktuators, das sich von dem Ventilelement erstreckt, bildet einen der Sitze der Feder. Das erste Ende des Aktuators erstreckt sich durch eine Apertur in dem Ventilkörper und wird von dieser geführt. Das zweite Ende der Apertur wird in einer Führung in dem Gehäuse aufgenommen. Die Führung bildet auch einen zweiten Anschlag für die Feder. Die Führung an dem Gehäuse befindet sich entweder in dem Auslaßanschluß oder an dem Stopfen des entsprechenden Ventilgehäuses.
Der Verteiler umfaßt einen ersten und einen zweiten Bereich, die miteinander verbunden sind, um die die Ventilanschlüsse verbindende Kammer zu bilden. Der erste Bereich umfaßt einen Flansch, an dem der Aktuator angebracht ist. Die Ablaß- und Zufuhrventile sind an dem ersten Bereich angebracht.
Um eine Mehrzahl von Luftkissen zu steuern, umfaßt der Verteiler eine Mehrzahl von Kammern, wobei jede Kammer ein Zufuhr- und Ablaßventil aufweist, das an einem Zufuhr- und Ablaßanschluß jeder der Kammern angebracht ist. Die Zufuhrventile weisen einen gemeinsamen vollständig ausgefüllten Zufuhrraum auf, der mit ihrem Einlaß verbunden ist. Die Zufuhrventile und der vollständig gefüllte Zufuhrraum sind als baueinheitliche Struktur ausgebildet. Die Ablaßventile umfassen ebenfalls einen gemeinsamen baueinheitlich integrierten vollständig ausgefüllten Zufuhrraum. Der vollständig ausgefüllte Zufuhrraum kann eine Unterteilung umfassen, die den vollständig ausgefüllten Raum in zwei vollständig ausgefüllte Zufuhrräume partitioniert. Elektrische Steuerungen sind an dem Verteiler angebracht und mit den Aktuatoren für jedes Ventilpaar verbunden. Die elektrischen Steuerungen umfassen eine Mehrzahl von Drucksensoren, die jeweils mit einer entsprechenden Kammer verbunden sind. Ein Drucksensor ist auch mit dem vollständig gefüllten Zufuhrraum verbunden.
Ein einziges pulsierendes Ventil wird bereitgestellt und bei einem System mit dem Steuerventil für eine Luftmatratze mit einer Mehrzahl von Blasen verwendet.
Das pulsierende Ventil umfaßt eine Zufuhrkammer, eine Ablaßkammer und ein Plenum in einem Gehäuse. Ein Zufuhrventil und ein Ablaßventil in dem Gehäuse verbinden die Zufuhr- bzw. Ablaßkammern mit dem Plenum. Zufuhr- und Ablaßsolenoide sind mit den Zufuhr- und Ablaßventilen verbunden und steuern diese. Die Ventile befinden sich in einem Innengehäuse und die Solenoide sind an diesem angebracht und durch ein äußeres Gehäuse abgedeckt. Das äußere Gehäuse definiert mit dem inneren Gehäuse die Kammern. Das Gehäuse umfaßt wenigstens einen Zufuhranschluß, einen Ablaßanschluß und einen Auslaßanschluß und kann zusätzlich einen Zufuhrauslaß umfassen.
Die Solenoide umfassen eine Spule und einen Kern in einem Gehäuse, und die Ventile sind durch eine erste Apertur in dem Gehäuse mit einem ersten Ende des Kerns verbunden. Das Gehäuse umfaßt eine zweite Apertur, die einem zweiten Ende des Kerns gegenüberliegt. Der Kern ist im wesentlichen über seine Länge hohl. Ein elastischer Anschlag ist zwischen dem Gehäuse und dem zweiten Ende des Kerns bereitgestellt, um als Stoßdämpfer zu wirken. Ein elastisches Element ist zwischen dem Solenoid und dem inneren Gehäuse angeordnet, um ebenfalls für eine Isolation und eine Vibrationsdämpfung zu sorgen. Vibrationsdämpfende Halterungen verbinden das Gehäuse mit einer Tragefläche.
Eine Ventilanordnung für eine Luftmatratze mit einer Mehrzahl von Blasen umfaßt einen Zufuhreinlaß, ein erstes mit dem Zufuhreinlaß verbundenes Ventil und wenigstens einen Auslaß, der mit einer ersten Blase zu verbinden ist, um der ersten Blase Luftsignale pulsierend zuzuführen. Ein zweites mit dem Zufuhreinlaß verbundenes Ventil ist bereitgestellt und wenigstens ein Auslaß ist mit einer zweiten Blase verbunden, um die zweite Blase aufzublasen oder abzulassen. Das erste Ventil weist einen Zufuhrauslaß auf und das zweite Ventil ist mit dem Zufuhrauslaß des ersten Ventils verbunden. Das zweite Ventil umfaßt einen linearen Aktuator, um das Ventil zu positionieren, und das erste Ventil umfaßt einen Solenoid, um das Ventil zu betreiben. Das erste Ventil erzeugt Pulse in dem Bereich von 1 bis 25 Hertz.
Andere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen in Betracht gezogen wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Matratze mit mehreren Kissen, bei der proportionale und pulsierende Ventile der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;
Fig. 2 ist eine Explosionsansicht eines Proportionalventils, das die Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufweist;
Fig. 3 ist eine Schnittaufsicht des zusammengebauten Proportionalventils von Fig. 2 gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine Schnittseitenansicht des zusammengebauten Proportionalventils von Fig. 3;
Fig. 4A ist eine Schnittansicht eines Ventils und Verteilers von Fig. 4;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines pulsierenden Ventils gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine Explosionsansicht eines pulsierenden Ventils gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist eine Seitenansicht der Anordnung des pulsierenden Ventils von Fig. 6;
Fig. 8 ist eine Schnittstirnansicht des pulsierenden Ventils von Fig. 7; und
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht eines Solenoids, der die Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufweist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist eine Matratzenanordnung 10, bei der die Ventile der vorliegende Erfindung zu verwenden sind, veranschaulicht. Ein Paar Rotationskissen 22 ist in dem unteren Teil der Matratzenanordnung 10 angeordnet und verläuft entlang der Längsachse derselben. Die Rotationskissen 22 werden selektiv aufgeblasen und abgelassen, um die Rotationstherapie eines auf der Matratze befindlichen Patienten zu steuern. Ein Paar identischer Proportionalventile 28 und 30 ist in der Matratze bereitgestellt und wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 4 diskutiert. Die untere Kissenstruktur umfaßt ein unteres Kopfkissen 32 und untere Körperkissen 34 und 36. Eine Unterstützungsoberflächenblase 38 ist an der Oberseite der Kissen 32, 34 und 36 angeordnet und umfaßt ein Kopfkissen 40, ein Brustkissen 42, ein Sitzkissen 44 und ein Fußkissen 46. Unterstützungskissen 40, 44 und 46 umfassen einen inneren Blasenabschnitt 48 und andere Blasenabschnitte 50 und 51, die von einer Luftzuführquelle steuerbar sind. Luft tritt in die Matratzenanordnung 10 von einem Gebläse durch einen Einlaß 54 ein, der mit einem pulsierenden oder einem Perkussions/Vibrations-Ventil 56 verbunden ist, das im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 9 diskutiert wird. Der Luftzüfuhreinlaß 54 ist ebenfalls mit Proportionalventilen 28 und 30 über Schläuche 58 bzw. 60 verbunden. Alternativ könnte ein T-Anschluß verwendet werden.
Die Matratzenanordnung umfaßt ferner Breitenverlängerungskissen 74, 76, 78 und 80, die außerhalb der Außenseite der Matratzenwände angeordnet sind. Die Vergrößerungskissen 74, 76, 78 und 80 sind miteinander gekoppelt und mit einem Auswahlventil 82, das die Vergrößerungskissen mit einem Ablaß oder über einen Schlauch 104 mit dem Proportionalsteuerventil 28 selektiv verbindet. Die Rotationsblasen 22 sind über Leitungen 88 und 90 mit Ventilen 28 und 30 verbunden. Die unteren Körperkissen 34 und 36 umfassen innere Blasen 94 bzw. 96, die jeweils mit einer Zufuhrleitung 92 des Ventils 30 gekoppelt sind. Die äußeren Kissen 34 und 36 sind mit den Auslässen der Ventile 28 und 30 über Leitungen 98 bzw. 100 gekoppelt.
Der zentrale Abschnitt 48 des Kopfunterstützungskissens 90 ist über eine Leitung 102 mit einem Auslaß des Ventils 28 gekoppelt. Gegenüberliegende Abschnitte 50 und 51 des Kopfunterstützungsflächenkissens sind durch Leitungen 104 bzw. 106 mit den Ventilen 28 und 30 gekoppelt. Das Brustunterstützungsflächenkissen 42 ist über eine Leitung 108 mit dem Ventil 28 gekoppelt. Das Brustunterstützungsflächenkissen umfaßt innere Blasen 110, 112 und 114. Die Blase 110 ist über eine Leitung 116 mit einem ersten Auslaß des pulsierenden Ventils 56 gekoppelt; die Blase 112 ist über eine Leitung 118 mit einem Ventil 156 gekoppelt; und die Blase 114 ist über eine Leitung 120 mit dem Ventil 56 gekoppelt.
Seitenbereiche 50 und 51 des Sitzunterstützungsabschnittes 44 sind über Leitungen 104 bzw. 106 mit den Ventilen 28 und 30 gekoppelt. Der zentrale Bereich des Sitzunterstützungskissens 44 ist über eine Leitung 122 mit dem Ventil 30 gekoppelt.
Gegenüberliegende Seitenabschnitte 50 und 51 des Fußunterstützungskissens 56 sind durch Versorgungsleitungen 104 und 106 mit den Ventilen 28 bzw. 30 gekoppelt. Der zentrale Abschnitt 48 des Fußunterstützungskissens 46 ist durch eine Versorgungsleitung 124 mit dem Ventil 30 gekoppelt.
Weitere Einzelheiten der Matratze 110 sind in der US-Anmeldung Serien-Nr. 08/917,145 mit dem Titel "Matratzenanordnung" offenbart (Anwaltsaktennummer 7175/27290). Diese Matratzenstruktur ist lediglich eine von vielen Strukturen, bei denen die verbesserten Ventile der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die zu beschreibenden Ventile können mit anderen Kissen oder Luftmatratzenstrukturen verwendet werden.
Einzelheiten der Proportionalventile 28 und 30 werden unter Bezugnahme auf Fig. 2, 3 und 4 beschrieben. Das Proportionalventil umfaßt einen Verteiler 200 mit einem ersten Verteilerbereich 202 und einem zweiten Verteilerbereich 204, der mittels Befestigungen 206 durch Paßöffnungen 208 miteinander verbunden ist. Eine Dichtung (nicht gezeigt) ist zwischen den ersten und zweiten Verteilerbereichen angeordnet. Der erste Verteilerbereich 202 umfaßt einen Flansch 210 mit Aktuatoraperturen 212. Der erste Verteilerbereich 202 umfaßt ebenfalls eine Mehrzahl von Aperturen 214 für die Zufuhrventile, 216 für die Ablaßventile und 218 für den Drucksensor der einzelnen Verteilerkammern.
Der zweite Verteilerbereich 204 weist eine Mehrzahl von Kammern 222 auf, die mit den Versorgungs- und Ablaßaperturen 214 und 216 des ersten Verteilerabschnittes 202 fluchten. Ein Erfassungsbereich 224 fluchtet mit den Aperturen 218 für einen Drucksensornippel 220. Die Aktuatoren 226 sind in der Aktuatorapertur 212 des Flansches 210 des ersten Verteilerbereichs 202 mittels Befestigungen 228 durch fluchtende Öffnungen 230 an einem Befestigungsträger 232 und einem Flansch 210 angebracht.
Der Aktuator 226 ist ein linearer Aktuator mit einem Paar sich gegenüberliegend erstreckender Arme 234 und 236. Vorzugsweise ist der Aktuator 226 ein Schrittmotor, der eine mit einem Gewinde versehene Hülse dreht, was verursacht, daß sich eine mit einem Gewinde versehene Welle in eine von zwei Richtungen bewegt, in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Motors. Vorzugsweise umfaßt die Welle Arme 234 und 236, die Keile umfassen, um eine Drehung der mit einem Gewinde versehbaren Welle zu verhindern. Der Schrittmotor ist ausgelegt, daß er für eine präzise Steuerung des Aasmaßes einer Drehung sorgt und in Inkrementen von einem Schritt oder Mikroschritten gedreht werden kann. Die Schrittrate oder die Anzahl von Schritten kann mittels Motorantriebssteuerungen gesteuert werden. Diese Steuerung der Schrittrate und die Anzahl von Schritten sorgt für eine präzise Steuerung der Bewegung der Ventilaktuatorarme 234 und 236, um für eine präzise Steuerung des Ventils und somit der Luftflußsteuerung zu sorgen. Die Bewegung des Aktuators ist linear, beispielsweise in der Größenordnung von 0,001 Inch (0,00254 cm) pro Motorschritt. Es könnten Servomotoren oder andere elektrische oder pneumatische Motoren in einem geschlossenen Regelkreissystem mit Drucksensoren verwendet werden.
Der Schrittmotor des linearen Aktuators 226 nutzt ein Übersetzungsverhältnis, um die den Ventilen zugeführte Betätigungskraft relativ zu dem Anteil dem Antriebsmotor zugeführter Leistung zu vervielfachen. Somit kann ein Aktuator 226 mit einem Leistungsverbrauch von 3 bis 5 Watt anstelle eines Solenoids oder anderer Aktuatoren mit Leistungsverbräuchen von 10 bis 30 Watt verwendet werden. Bei den sechs Paaren der in Fig. 3 und 4 dargestellten Ventilstruktur stellt dies eine beträchtliche Leistungsersparnis dar. Ein Beispiel eines Schrittmotors ist das Model Z26561-12-004 von Haydon Switch and Instrument, Inc.
Das Übersetzungsverhältnis der Aktuatoren sorgt auch für eine mechanische Verriegelung des Aktuators an einer festgelegten Position, wenn Leistung von dem Aktuator weggenommen wird. Die Zahnräder wirken einer Bewegung einer zu diskutierenden Rückstellfeder der Ventile und widerstehen dieser.
Zufuhrventile 238 und Ablaßventile 240 sind ebenfalls an dem ersten Verteilerabschnitt 202 angebracht. Die Zufuhrventile 238 und die Ablaßventile 240 sind abgesehen von den besonders zu erwähnenden Bereichen identisch. Sie umfassen jeweils ein Plenum 242. Das Zufuhrelement 242 umfaßt an einem Ende eine Zufuhrverbindung 244, die mit einer Quelle verbunden ist, und einen Stopfen 246 an dem anderen Ende. Bei dem Ablaßventil 240 können beide Enden des Plenums 242 geöffnet sein, oder ein Ende selektiv verstöpselt sein. Es sollte auch zur Kenntnis genommen werden, daß das Plenum 242 in zwei Plenums unterteilt sein kann, indem eine Unterteilung in dem Plenum bereitgestellt wird und indem an jedem Ende des Plenums eine Zufuhrverbindung 244 aufgenommen wird.
Mit jedem der Plenums 242 ist auch eine Mehrzahl von Ventilkörpern 248 verbunden. Es sind sechs Ventilkörper dargestellt. Das Plenum 242 und die Ventilkörper 248 sind als einzelner Teil ausgebildet und vorzugsweise ein Spritzteil eines elektrisch isolierten Materials. Die Zufuhrventile 238, die Ablaßventile 240 und die Plenums 242 sind mittels einer Mehrzahl von Niederhalteeinrichtungen 250 von Befestigungen 252 an dem ersten Verteilerbereich 202 angebracht. Die Niederhalteeinrichtungen 250 weisen Halbmesserflächen 254 auf, um mit benachbarten Flächen der Ventilkörper 248 zusammenzuwirken. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden drei Niederhalteeinrichtungen 250 für jede der baueinheitlichen Ventil/Plenum-Struktur verwendet, die jeweils mit einem Paar Ventilkörper 248 zusammenwirken. Es können weniger oder mehr als drei verwendet werden. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, daß die Niederhalteeinrichtungen 250 in Fig. 3 und 4 nicht dargestellt sind.
Bezug nehmend auf Fig. 4 und 4A weist der Ventilkörper 248 einen Ventilsitz 256 auf, der mit dem Einlaß oder Plenum 244 auf der einen Seite und mit einem Paar von Auslässen 258 und 260 auf der anderen Seite verbunden ist. Der Auslaß 258 ist in Aperturen 214 und 216 des ersten Verteilerbereiches 202 aufgenommen und mit diesem verbunden, wodurch er die andere Seite des Ventilsitzes mit einer Kammer 222 verbindet. Der zweite Auslaß 260 des Ablaßventils ist mittels eines Stopfens 262 blockiert. Der zweite Auslaß 260 des Zufuhrventils umfaßt eine Auslaßverbindung 264. Eine Schlauchverbindung 266 ist an der Auslaßverbindung 264 mittels einer Klammer 268 gesichert, um dadurch eine Schnelltrennkupplung zu bilden. Auch wenn der zweite Auslaß 260 des Zufuhrventils als der Auslaß des Verteilers dargestellt ist, könnte alternativ der zweite Auslaß 260 des Ablaßventils den Ausgang des Verteilers in der Kammer 222 bilden.
Der Querschnittsbereich des Ventilsitzes 256 liegt in der Größenordnungen von 0,20 Quadratinch (1,29 cm²) und kann in dem Bereich von 0,01 bis 0,04 Quadratinch (0,065 bis 0,26 cm²) liegen. Dieser Querschnitt sorgt für das geeignete hohe Flußvolumen bei niedrigen Druckabfällen über dem Ventil. Ein typischer Luftfluß liegt in dem Bereich von 5 bis 45 Kubikfuß (141,6 bis 1274,3 Liter) pro Minute mit Druckabfällen von 5 bis 6 Inch Wassersäule (127,0 bis 152,4 mmHg).
Ferner umfassen die Ventile ein auf dem Ventil 256 aufzunehmendes Ventilelement 270. Wie in Fig. 4A dargestellt, umfaßt das Ventilelement 270 einen verjüngten Bereich 272 und einen Schulterbereich 274, der sich von dem verjüngten Bereich 272 radial erstreckt. Der verjüngte Bereich 272 umfaßt eine erste Verjüngung 271, eine zweite größere Verjüngung 273 und eine dritte Verjüngung 275, die größer als die zweite Verjüngung 273 ist. Wenn sich das Ventil öffnet, sorgen die unterschiedlichen Verjüngungen für unterschiedliche Änderungsraten der Größe der Ventilöffnung. Lediglich als Beispiel beträgt die erste Verjüngung für einen Achsabstand von 0,015 Inch (0,038 cm) im wesentlichen Null und weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der Durchmesser des Ventilsitzes ist. Die zweite Verjüngung 273 liegt bei 11º für eine axiale Länge von 0,044 Inch (0,11 cm). Die dritte Verjüngung 275 liegt bei 45º für eine axiale Länge von 0,038 Inch (0,097 cm). Die Schulter 274 umfaßt eine Verjüngung 277, um eine in höherem Maße formangepaßte Dichtung gegen den Ventilsitz 256 zu bilden, wenn das Ventil geschlossen ist. Beispielsweise befindet sich die Verjüngung 277 bei 50º. Der Verjüngungswinkel des Ventilsitzes 256 ist größer als der verjüngte Winkel des verjüngten Bereiches 272 des Ventilelementes. Dies ermöglicht es, daß das Ventilelement mit einer geringeren Möglichkeit an dem Sitz zu haften, besser aufsitzt und abdichtet.
Das Ventilelement 270 ist an einem Ventilschaft 276 in einer Ausnehmung 278 angebracht. Eine mit einem Gewinde versehene Bohrung 280 in einem ersten Ende des Schaftes 276 nimmt einen mit einem Gewinde versehenen Teil einer Spitze 282 auf. Eine Seite des Ventilschaftes 276 erstreckt sich durch den Ventilsitz 256 und das Plenum 242 und durch eine Apertur 286 in der Wand des Plenums 242. Die Spitze 282 ist dann in den mit einem Gewinde versehenen Anschluß 280 eingeschraubt. Die Apertur 286 dient als Führung und Unterstützung für eine Seite des Schaftes 276. Die Öffnung 286 ist wenige Tausendstel eines Inchs (cm) im Durchmesser größer als der Ventilschaft 276. Da das Plenum 242 nicht mit dem Auslaß für die Bettkissen verbunden ist, wenn das Ventil geschlossen ist, ist es nicht erforderlich, daß die Öffnung 286 luftdicht ist. Wenn eine größere Kapazität benötigt wird, kann die Öffnung 286 abgedichtet sein.
Wenn sowohl das Zufuhrventil 238 als auch das Ablaßventil 240 geschlossen sind und sich der Aktuator 226 in seiner neutralen Position befindet, sind die Enden der Arme 234 und 236 des Aktuators gleichmäßig von den Spitzen 282 des Ventilschaftes 276 beabstandet. Der Aktuator 226 dreht sich in eine oder die andere Richtung, um einen der Arme 234, 236 auszufahren, um mit den Spitzen 282 des Ventilschaftes 276 in der Öffnung 284 zusammenzuwirken, um das entsprechende Ventil zu öffnen.
Somit erzeugt der elektrische Aktuator 226 in Kombination mit der Anordnung der mittels Federn geschlossenen Ventile im wesentlichen die Wirkung eines Dreiwegventils mit einer Mittelstellung. Es bewerkstelligt dies ohne einen Vorsteuerdruck und lediglich mittels der Verwendung von Federn und des elektrisch mechanischen Aktuators.
Das andere Ende des Ventilschaftes 276 umfaßt eine Bohrung 288, um ein Ende einer Feder 290 aufzunehmen und für diese einen Anschlag zu bilden. Der Stopfen 262 und die Auslaßverbindung 264 in dem Auslaß 260 des Ventilgehäuses umfaßt eine Bohrung 292 in einem zylindrischen Abschnitt, der das andere Ende der Feder 290 und das Ende des Aktuators 276 aufnimmt. Das Ende des Ventilschaftes 276 ruht für seine gesamte Bewegungsstrecke zwischen seiner offenen und geschlossenen Position in einer Bohrung 292. An der Verbindung 264 ist der zylindrische Abschnitt mit der Bohrung 292 in dem Auslaß 260 durch Halteflügel 294 aufgehängt. Die Bohrung 292 sorgt für eine Führung und eine Unterstützung des anderen Endes, indem sie das andere Ende des Ventilschaftes 276 aufnimmt. Somit wird der Ventilschaft 276 an seinen beiden Enden geführt und unterstützt. Dies verbessert die Stabilität und Ausrichtung des Ventilelementes 270 auf dem Sitz 256.
Wie von Fig. 4 zu entnehmen ist, ist der Ventilsitz 256 koaxial mit dem Auslaß 260 und im allgemeinen orthogonal zu dem Auslaß 258, der mit der Kammer 222 verbunden ist. Es sollte auch zur Kenntnis genommen werden, daß der Aktuator oder Ventilschaft 276 der Zufuhr- und Ablaßventile koaxial sind, so daß sie auf einfache Weise mittels eines einzelnen Aktuators 226 betrieben werden können. Wenn der Auslaß 260 orthogonal auf dem Ventilsitz 256 angeordnet wird, würde für eine separate Haltestruktur für das andere Ende des Aktuators 276 zu sorgen sein. Wenn sich der Auslaß 258 zu der Kammer 220 koaxial zu dem Ventilsitz 256 befindet, würde er eine geeignete Führung 292 umfassen.
Die Feder 290 stellt eine Kraft bereit, die benötigt wird, um das Ventil zu schließen und das Ventilelement 270 auf den Ventilsitz 256 gegen eine Luftleckage zu drücken, wenn das Ventil geschlossen ist. Die Anordnung des Ventilelementes an der Auslaßseite des Ventilsitzes erlaubt es, daß zusätzlicher Druck auf das Kissen oder die Matratze aufgebracht und zurück zu dem Einlaß 260 geführt werden kann, um weiteren Druck auf die Ventile aufzubringen und diese geschlossen zu halten. Dies ermöglicht es ferner, anstelle eines Gegendruckes auf das Plenum 242 des Ablasses 240 ein Vakuum zu verwenden. Dies wird ferner die Abgeschlossenheit des Ventils erhöhen.
Der elektrische Steuerbereich 296 befindet sich in einem Gehäuse und ist mittels Befestigungen 298 an dem zweiten Verteilerbereich 204 gesichert. Die elektrischen Steuerungen umfassen die geeignete Elektronik, um basierend auf Steuerbefehlen und Rückkopplungen oder gemessenen Signalen den Aktuator zu betreiben. Die elektronische Steuerung 296 umfaßt eine Mehrzahl von Drucksensoren 300, die durch einen Schlauch 302 mit dem Nippel 220 verbunden ist, jeweils eine für die Kammern 222. Ein zusätzlicher Drucksensor 304 ist, um die Zufuhr zu überwachen, durch einen Schlauch 306 mit dem Nippel 308 in dem Zufuhrplenum 242 verbunden.
Vorzugsweise sind die Ventilwelle 276 aus Metall und das Ventilgehäuse und das Plenum aus einem spritzgeformten hinsichtlich der Abmessungen stabilen Thermoplast hergestellt, z. B. glasgefülltes Nylon. Um festzustellen, wann einer der Arme 234, 236 des Aktuators mit einem der Ventilschäfte 276 zusammenwirkt, sind beispielsweise elektrische Schiebeverbindungen 310 und 312 an dem Metallarm 236 des Aktuators und den Metallventilschäften 276 angebracht, wie in Fig. 4 für das Ablaßventil 240 dargestellt. Da das Ventilgehäuse und das Plenum aus einem elektrisch isolierten Material hergestellt sind, sind die Arme 234 und 236 von den Ventilschäften 276 elektrisch isoliert. Die Verbindung vervollständigt einen Schaltkreis in der Steuerelektronik 296.
Indem diese Verbindungen überwacht werden, kann die Steuerelektronik 296 korrekt bestimmen, wenn die Ventilaktuatorarme den Ventilschaft 276 berühren, um anzufangen, die Ventile zu öffnen. Die Steuerung kann dann diese Information verwenden, um eine Nullpositionierung für das Öffnen des Ventilelements 270 festzusetzen. Indem von diesem Punkt an weitergehend Pulse oder Schritte in den Schrittmotor gezählt werden, kann die Steuereinheit die Ventilanordnung und Mündungsöffnung mit hoher Genauigkeit abschätzen. Mit der Kenntnis der relativen axialen Position der Verjüngung, des Ventils und des Sitzes kann eine Steuerung und Regelung durchgeführt werden. Falls Raum oder Kosten keinen Faktor darstellen, können zusätzliche Encoder für den Schrittmotor vorgesehen werden, und es kann eine geregelte Steuerung zum Positionieren bereitgestellt werden.
Eine Abdeckung 314 ist mittels Befestigungen 316 durch fluchtende Öffnungen 318 an dem zweiten Verteilerbereich 204 gesichert. Befestigungen 320, die durch Öffnungen 323 vorgesehen sind, sichern den Verteiler und alle an diesem angebrachten Elemente an einer Matratze oder einer anderen Unterstützungsstruktur. Der Querschnittsbereich des Ventilsitzes 256 liegt in der Größenordnung von 0,20 Quadratinch (1,29 cm²) und vorzugsweise in der Größenordnung von 0,10 bis 0,40 Quadratinch (0,065 bis 0,26 cm²).
Auch wenn die schematische Fig. 2 die Ventile 20 und 30 als Teil der Matratze darstellt, können diese separiert sein, wobei die Verbindungen zu der Matratze hergestellt werden können.
Eine schematische Darstellung für das pulsierende Ventil 56 ist in Fig. 5 dargestellt. Das Ventilgehäuse 330 weist eine Zufuhrkammer 332, eine Ablaßkammer 334 und ein Plenum 336 auf. Die Zufuhrkammer 332 weist einen Einlaß 338, der von einer Verbindung 54 Druck aufnimmt, und ein Paar von Auslässen 340 und 342 auf, die mit Schläuchen 58 und 60 verbunden sind. Der unter Druck stehende Luftfluß von dem Einlaß 338 fließt unmittelbar zu den Auslässen 340 und 342 und wird nicht durch das Ventil gesteuert. Diese spezielle Struktur dient für die einzigartige Matratzenkonfiguration. Wenn das pulsierende Ventil 56 nicht als einzelne Verbindung zu der externen Quelle oder Zufuhr unter Druck stehender Luft für ein System verwendet wird, können die Auslaßanschlüsse 340 oder 342 entweder weggelassen oder zugestöpselt werden. Die Ablaßkammer 334 ist über einen Ablaßanschluß 344 mit der Umgebungsluft verbunden. Das Plenum 336 umfaßt Auslässe 346, 348 und 350, die mit Leitungen 116, 118 bzw. 120 verbunden sind.
Ein Zufuhrventil oder Solenoid 352 steuert das Öffnen des Anschlusses 354, der die Zufuhrkammer 332 mit dem Plenum 336 verbindet. Ein Ablaßventil oder Solenoid 356 steuert die Verbindung des Plenums 336 mit der Ablaßkammer 334 durch einen Anschluß 358. Die Anschlüsse 354 und 358 weisen eine Öffnung in der Größenordnung 0,20 bis 0,50 Quadratinch (1,29 bis 3,23 cm²) für die niedrigen Betriebsdrücke auf, beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 2 psi (51,7 bis 103,4 mmHg). Die große Öffnung ermöglicht die Verwendung größerer Solenoide. Die Ventilstruktur und die Solenoide können betrieben werden, um einen Stoßpuls in der Größenordnung von 1 bis 5 Hertz und einen Vibrationspuls in der Größenordnung von 6 bis 25 Hertz zu erzeugen. Die elektrische Steuereinheit verändert die Energieversorgung des Zufuhrsolenoids 352 und des Ablaßsolenoids 356, um die Luftdruckpulse oder -impulse zu erzeugen.
Insbesondere Bezug nehmend auf Fig. 6 umfaßt das Gehäuse 330 ein äußeres Gehäuse 360 mit einem Paar von Stirnwänden 362 und 364, die an diesem mittels Befestigungen (nicht gezeigt) durch fluchtende Öffnungen 356 angeschraubt sind. Jede Stirnwand 362 und 364 umfaßt eine Dichtung 368. Eine Verbindungseinrichtung 370 ist in dem Zufuhrauslaß 340 vorgesehen, und eine Verbindungseinrichtung 372 ist in dem Auslaß 342 in einer Stirnwand 364 bereitgestellt. Diese sind mittels nicht gezeigter Befestigungen gesichert. Eine Befestigungsplatte 374 verbindet Auslaßverbindungseinrichtungen 376 in den Auslaßanschlüssen 346, 348 und 350 in der Seitenwand des Gehäuses 360. Die Verbindungseinrichtungen 376 in Verbindung mit Schlauchverbindungseinrichtungen 378 und Klammern 380 bilden eine Schnelltrennverbindung.
Ein inneres Gehäuse 382 umfaßt eine obere Wand 384, eine erste Zwischenwand 386, eine zweite Zwischenwand 388 und eine untere Wand 390. Es umfaßt ferner eine stabile Rückwand 392, eine Vorderseite 394 mit einem Öffnungsbereich, eine erste Seitenwand 396 mit einem Öffnungsbereich und eine stabile Seitenwand 398. Eine Innenwand 400 zwischen den Zwischenwänden 386 und 388 definiert die Zufuhrkammer 332 und die Ablaßkammer 334. Die zweite Zwischenwand 388 und die untere Wand 390 definieren das Plenum 336. Aperturen 494 in der ersten Zwischenwand 386 und Aperturen 402 in der oberen Wand 384 nehmen den Körper der Solenoidventile 352 und 356 auf. Ein O-Ring 406 positioniert den Körper der Solenoide 352 und 356 in einer Ausnehmung oder Schulter in einer Apertur 402 in der oberen Wand 384 und sorgt für eine Vibrationsisolierung und hält einen gleichen radialen Abstand des Solenoids zu dem Gehäuse aufrecht. Andere Maßnahmen zur Geräuschreduktion umfassen eine weiche Gummi-, Gewebe- oder Lederscheibe zwischen der Stirnfläche der Solenoide 352 und 356 und der Öffnungen 404 in der Zwischenwand 386 benachbarten Solenoidbefestigungsfläche. Ein Band 408 sichert jeden der Solenoide 352 und 356 an dem inneren Gehäuse 382 mittels Befestigungen (nicht gezeigt) durch eine fluchtende Befestigungsöffnung 410. Ventilsitze 412 sind in Anschlüssen 354 und 358 in der Zwischenwand 388 vorgesehen und passen mit Ventilelementen 414 zusammen, die an Kolben 416 der Solenoidventile 352 und 356 mittels Befestigungen 418 angebracht sind.
Das innere Gehäuse 382 und die daran angebrachten Solenoidventile 352 und 356 werden mit einer Dichtung 420 auf einem Bereich der Stirnfläche 394 in das äußere Gehäuse 360 eingeschoben und an diesem mittels der Befestigungen, die die Befestigungsplatte 374 sichern, sowie drei zusätzlichen Befestigungen gesichert. Dies richtet das den Auslässen 346, 348 und 350 benachbarte Plenum 360 aus. Ferner richtet dies den Ablaßanschluß 344 im Verhältnis zu der Ablaßkammer 334 aus. Da das innere Gehäuse 382 sich nicht über die gesamte Länge des äußeren Gehäuses 360 erstreckt, bildet der Bereich zwischen dem inneren Gehäuse und dem äußeren Gehäuse eine Fortsetzung der Zufuhrkammer 332 und verbindet den Zufuhreinlaß 338 mit den Zufuhrauslässen 340 und 342.
Vorzugsweise ist das innere Gehäuse 382 ein Aluminiumgußblock, um als Wärmesenke für die Solenoide 352 und 356 zu arbeiten. Die Ventilsitze 412 bestehen vorzugsweise auch aus Gummi, während die Ventilelemente 414 ebenfalls aus Aluminium bestehen. Eine Steuerkarte 422 ist an dem äußeren Gehäuse 360 angebracht und durch eine in Fig. 8 dargestellte Abdeckplatte 424 abgedeckt.
Einzelheiten des Solenoids sind in Fig. 9 dargestellt. Die Solenoide umfassen ein Gehäuse 426 und eine Spule 428, in der der Kern 444 verläuft. Der Kolben 416 ist mit einem magnetischen Kern 444 in eine Bohrung 442 eingepreßt. Eine Nylonhülse oder -lagerung 430 trennt den Kern 444 von der Spule 428. Aufgrund der hohen Betriebsfrequenz wird die normale Messinghülse oder -büchse nicht verwendet. Eine Feder 436 ruht in einer Bohrung 432 in dem Kern 444 und einer Bohrung 434 in der oberen Wand des Gehäuses 426. Ein O-Ring 438 wirkt zwischen der oberen Wand des Gehäuses 426 und dem Kern 444 als Anschlag- /Stoßdämpfer. In der oberen Wand ist eine Öffnung 440 vorgesehen, die den Raum zwischen der Oberseite des Kerns 444 und der unteren Seite der oberen Wand des Gehäuses 426 freilegt. Es wurde festgestellt, daß dieser Ablaß benötigt wird, um zu verhindern, daß Druck/Vakuum den Kolben verriegelt. Dies erhöht die Geschwindigkeits- oder Frequenztauglichkeit des Solenoids substantiell.
Wie in Fig. 7 dargestellt, ist das äußere Gehäuse mittels einer vibrationsdämpfenden Befestigung 446 durch Fortsätze 450 der Stirnwände 363 und 364 an einer Fläche 448 angebracht:

Claims

1. Ein Steuerventilsystem einer Luftmatratze (10) mit einem Verteiler (200), der wenigstens einen Zufuhranschluß (214), einen Ablaßanschluß (216) und einen mit einer Kammer (222) verbundenen Auslaßanschluß aufweist; einem Zufuhrventil (238) und einem Ablaßventil (240) an dem Verteiler (200), die Betätigungsachsen aufweisen und mit den Zufuhr- bzw. Ablaßanschlüssen (214, 216) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Aktuator (226) an dem Verteiler (200) zwischen den Zufuhr- und Ablaßventilen (238, 240) vorgesehen ist, um so die Zufuhr- und Ablaßventile (328, 240) entlang deren Betätigungsachsen zu bewegen, die koaxial sind.

2. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Zufuhr- und Ablaßventile (238, 240) jeweils einen Schaft (276) aufweisen, die sich aufeinanderzu erstrecken, und der Aktuator (226) ein Linearaktuator mit ersten und zweiten Enden (234, 236) ist, die in einer neutralen Position des Aktuators (226) von einem benachbarten Ventilschaft (276) beabstandet sind.

3. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 2, bei dem der Linearaktuator (226) einen Elektromotor umfaßt.

4. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 2, bei dem der Aktuator (226) und die Ventilschäfte (276) voneinander elektrisch isoliert sind, um einen Schaltkreis zu vervollständigen, wenn sie zusammenwirken.

5. Ein Steuerventilsystem gemäß einem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Verteiler (200) einen ersten und einen zweiten Bereich (202, 204) umfaßt, die miteinander verbunden sind, um die Kammer zu bilden, der erste Bereich (202) einen Flansch (210) umfaßt, an dem der Aktuator (226) angebracht ist, und die Zufuhr- und Ablaßventile (238, 240) an dem ersten Bereich (202) angebracht sind.

6. Ein Steuerventilsystem gemäß einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Zufuhr- und Ablaßventile (238, 240) jeweils einen Körper (248) mit einem Auslaß (58), der mit einem entsprechenden Anschluß (214, 216) des Verteilers (200), einem Einlaß (242) und einem Ventilsitz (256) mit einer Einlaß- und einer Auslaßsseite verbunden ist, ein Ventilelement (270) an der Auslaßseite des Ventilsitzes (256), einen Ventilschaft (276), der sich von dem Ventilelement (270) durch den Ventilsitz (256) erstreckt, um an einem ersten Ende (282) durch den Aktuator (226) in Eingriff genommen zu werden, und eine Feder (290) umfassen, die das Ventilelement (270) vorspannt, um in den Ventilsitz (246) einzugreifen.

7. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 6, bei dem der Auslaßanschluß (260) des Verteilers (200) einer der Ventilkörper (248) auf der Auslaßseite des Ventilsitzes (256) ist.

8. Ein Steuerventilsystem gemäß entweder Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem der Ventilkörper (248) auf der Auslaßseite des Ventilsitzes (256) einen zweiten Auslaß (260) umfaßt, und der Auslaßanschluß des Verteilers (200) der zweite Auslaß (260) einer der Ventilkörper (248) ist.

9. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 8, bei dem der zweite Auslaß (260) des anderen Ventilkörpers (248) mittels eines Stopfens (262) blockiert ist.

10. Ein Steuerventilsystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Ventilsitze (256) einen Querschnittsbereich in der Größenordnung von 0,10 bis 0,40 Quadratinch (0,065 bis 0,26 cm²) aufweisen.

11. Ein Steuerventilsystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem das Ventilelement (270) und der Ventilsitz (256) so geformt sind, daß sie eine erste Änderungsrate der Größe einer Ventilöffnung und nachfolgend eine zweite Änderungsrate der Größe einer Ventilöffnung definieren.

12. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 11, bei dem die erste Rate kleiner als die zweite Rate ist.

13. Ein Steuerventilsystem gemäß entweder Anspruch 11 oder Anspruch 12, bei dem der Ventilsitz (256) mit einem größeren Winkel verjüngt ist, als eine Verjüngung (275) des Ventilelementes (270).

14, Ein Steuerventilsystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, bei dem der Ventilschaft (276) sich durch das Ventilelement (270) erstreckt und an einem Ende in einem Sitz (292) für ein Ende der Feder (290) endet.

15. Ein Steuerventilsystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14, bei dem das erste Ende des Ventilschaftes (276) sich durch eine Apertur (286) in dem Ventilkörper (248) erstreckt und von dieser geführt ist, und der Ventilschaft (276) sich durch das Ventilelement (270) erstreckt und an einem zweiten Ende endet, das in einer Führung (292) in dem Ventilkörper (248) geführt ist.

16. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 15, soweit er von Anspruch 9 abhängt, bei dem die Führung (292) für das zweite Ende des Ventilschaftes (276) an dem Stopfen (262) ausgeformt ist.

17. Ein Steuerventilsystem gemäß entweder Anspruch 15 oder 16, bei dem der Auslaßanschluß (216) des Verteilers (200) in dem zweiten Auslaß (260) eine Schlauchverbindung (264) umfaßt, die sich von dem Ventilkörper (248) erstreckt, und die Führung (292) baueinheitlich mit der Schlauchverbindung (264) integriert ist.

18. Ein Steuerventilsystem gemäß einem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Verteiler (200) eine Mehrzahl von Kammern (222) aufweist, und jede Kammer (222) einen Zufuhranschluß (214) und einen Ablaßanschluß (216) aufweist, eine Mehrzahl von Zufuhrventilen (238) einen ersten Auslaß (258), der an einem entsprechenden Zufuhranschluß (214) angebracht ist, und einen Einlaß aufweisen, der mit einem gemeinsamen Zufuhrplenum (242) verbunden ist, eine Mehrzahl von Ablaßventilen (240) einen ersten Auslaß (258) aufweisen, der mit einem entsprechenden Ablaßanschluß (216) verbunden ist, wenigstens eines der Zufuhr- und Ablaßventile (238, 240) pro Paar einen zweiten Außlaß (260) aufweist, der mit einer Kammer der Luftmatratze zu verbinden ist, und eine Mehrzahl von gemeinsamen Aktuatoren (226) an dem Verteiler (200) angeordnet sind, die jeweils mit einem entsprechenden Paar von Zufuhr- und Ablaßventilen (238, 240) betriebsfähig verbunden sind.

19. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 18, bei dem die Zufuhrventile (238) baueinheitlich mit dem Zufuhrplenum (242) integriert sind.

20. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 19, bei dem die Ablaßventile (240) baueinheitlich mit einem gemeinsamen Zufuhrplenum (242) integriert sind.

21. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 20, bei dem Ventilkörper (248) der Ventile (238, 240) und die Plenums (242) als ein Teil geformt sind.

22. Ein Steuerventilsystem gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem das Zufuhrplenum (242) eine Unterteilung umfaßt, die das Plenum (242) in zwei Zufuhrplenums partitioniert.

23. Ein Steuerventilsystem gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, mit elektronischen Steuerungen, die an dem Verteiler (200) angebracht und mit den Aktuatoren (226) verbunden sind.

24. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 23, bei dem die elektronischen Steuerungen eine Mehrzahl von Drucksensoren (220) umfassen, die jeweils mit einer entsprechenden Kammer (222) verbunden sind.

25. Ein Steuerventilsystem gemäß Anspruch 24, bei dem die elektronischen Steuerungen einen Drucksensor (220) umfassen, der jeweils mit dem Zufuhrplenum (242) verbunden ist.