WO2018065217A1 - Pneumatisches ventil - Google Patents

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WO2018065217A1
WO2018065217A1 PCT/EP2017/073777 EP2017073777W WO2018065217A1 WO 2018065217 A1 WO2018065217 A1 WO 2018065217A1 EP 2017073777 W EP2017073777 W EP 2017073777W WO 2018065217 A1 WO2018065217 A1 WO 2018065217A1
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valve
sma element
valve flap
air
leaf spring
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PCT/EP2017/073777
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Michael Beuschel
Alexander Kerler
Johann Steinberger
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Aumovio Microelectronic GmbH
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K31/002—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by temperature variation

Definitions

  • the invention relates to a pneumatic valve.
  • pneumatic valves are used to control air flows. It is known, for the actuation of such valves so-called.
  • the Aktuatorhub is effected via a contraction of the wire by means of power.
  • the contraction of the wire during the actuation of the valve should be as low as possible.
  • the document DE 102 57 549 B3 shows a mechanical series connection of SMA wires in order to increase the control stroke of a valve.
  • pneumatic SMA valves are shown, in which the stroke of an SMA wire is converted via joints in the movement of a valve element.
  • the document DE 10 2005 060 217 AI shows a pneumatic valve with triangular strained SMA wires, on which rams are mounted for opening and closing valve openings.
  • Document DE 10 2005 059 081 A1 discloses a rotary actuator with a tensile element of shape memory alloy. The actuator converts a pulling movement of the tension element into a rotational movement.
  • the object of the invention is to provide a reliable working pneumatic valve with at least one SMA element as an actuator.
  • the pneumatic valve according to the invention comprises a valve ⁇ housing, in which an air chamber with one or more
  • Air connections is provided, wherein a respective air connection of at least a portion of the air connections can be opened by means of a movable valve flap and sealing closed.
  • the valve flap is mechanically coupled to an SMA element and, in particular, a wire-shaped SMA element made of a shape memory alloy (e.g., a NiTi alloy).
  • the SMA element deforms by supplying an electric heating current, whereby a predetermined movement of the valve flap for opening or closing of the respective air connection is effected.
  • the deformation of the SMA element is reversed upon completion of the supply of the electric heating current, whereby a reversal of the predetermined movement of the SMA element is effected.
  • the valve flap comprises a leaf spring, preferably made of metal, with a spring leaf and preferably a single spring leaf, wherein the leaf spring rotatably, that is held without hinges, relative to the valve housing.
  • the leaf spring (hingeless) is attached directly to the valve body.
  • the valve flap with the leaf spring cooperates with the SMA element such that a stroke of the SMA element caused by its deformation is converted into a stroke of the valve flap by means of elastic bending of the spring leaf of the leaf spring becomes.
  • the stroke of the valve flap is greater than the stroke of the SMA element.
  • a leaf spring is used to produce an increased stroke of a valve flap.
  • the leaf spring can be fixed free of play without interim ⁇ rule circuit of a hinge, whereby a reliable actuation of the valve is achieved. Furthermore, by the elastic bending of the leaf spring in the valve actuation a peeling movement of the valve flap can be ensured, whereby a valve flap adhering to the valve seat can be easily solved.
  • the enlargement of the stroke is preferably achieved via a lever arrangement.
  • the pneumatic valve according to the invention is characterized in that the leaf spring cooperates with SMA element such that the stroke of the valve flap is deflected relative to the stroke of the SMA element.
  • the angle by which the stroke of the valve flap is deflected relative to the stroke of the SMA element between 50 ° and 130 °, in particular between 70 ° and 100 ° and particularly preferably at 90 °, wherein the indicated angle to the smaller Refer to angles between the directions of the two strokes.
  • the SMA element is a substantially extending in a plane wire, which is contracted by supplying the electric heating current and thereby causes the predetermined movement of the valve cap.
  • the SMA element has a different shape, for example, it may possibly also be designed as a spring, such as a spiral spring. If a wire extending in a plane is used as the SMA element, this wire preferably runs essentially parallel to the spring leaf of the leaf spring at a predetermined distance from it. Over this predetermined distance, a short lever to attack the SMA element can be achieved, thereby increasing the stroke.
  • the wire forming the SMA element has two straight sections with a bent section therebetween, the stroke of the wire being transferred to the valve flap via the bent section.
  • the ge ⁇ bent portion rotates the extending direction of the wire by 180 °.
  • the bent portion may, for example, engage a projection of the valve flap.
  • the leaf spring of the leaf spring comprises a support region which rests on a portion of the valve housing, wherein the support region lifts off from the portion of the valve housing in the elastic bending of the spring leaf.
  • valve flap acts on the valve flap, a restoring force, which causes the reversal of the movement of the valve flap upon completion of the supply of the heating current.
  • the restoring force can be exerted by the leaf spring itself, which can be ensured by appropriate bias of the leaf spring.
  • a separate spring may be provided for applying the restoring force.
  • the valve flap comprises a body, in particular made of plastic, which has a first side which allocates to the respective air connection and a second side, the one to the first side opposite (ie opposite) side is.
  • the valve housing comprises a base plate of non-conductive material, in particular of plastic.
  • the base plate is an injection-molded component.
  • the base plate divides the interior of the valve housing into the air chamber sealed from other areas and an area separated from the air chamber, wherein in the separated area preferably an electronic control unit for controlling the valve flap or valve flaps for opening or closing the one or more air connections is arranged.
  • the portion of the valve housing is a part of the just be registered ⁇ base plate on whose side facing the air chamber side.
  • the SMA element is guided by a shielding wall, which has a
  • Part of the SMA element shields from the respective air connection, wherein the shielding wall is preferably attached to the Ven ⁇ tilklappe or on the valve housing.
  • the shielding wall is preferably attached to the Ven ⁇ tilklappe or on the valve housing.
  • a change in the behavior of the SMA element due to cooling by the air flow at the air connection is avoided.
  • a conductive portion is formed on the leaf spring, which electrically bridges a portion of the SMA element upon reaching the electric heating current when reaching an end position of the valve flap.
  • valve In a further embodiment of the valve according to the invention is located at one end of the valve housing, a non-controllable air connection, ie an air connection without the valve flap.
  • the valve includes two air ports, which include valve flaps and corresponding actuation with an SMA element as described above.
  • the two air connections are arranged at the end of the valve housing on which the non-controllable air connection is located. This can ge ⁇ ensures that the air stream is passed only in part to the SMA element, and therefore it does not adversely affect the properties of the SMA element.
  • one of the two air connections is arranged at the end of the valve housing on which lies the non-controllable air connection, and the other of the two air connections is arranged at an end of the valve housing opposite this end.
  • a compact elongated structure of the valve housing can be made possible.
  • more than said two air connections can be provided.
  • exactly two such air connections are provided.
  • the pneumatic valve according to the invention is preferably for filling and / or emptying at least one elastic
  • Air bubble provided in a device for the pneumatic adjustment of a seat in a means of transport also encompasses a device for the pneumatic adjustment of a seat in a means of transport having at least one elastic air bubble as well as an inventive device. valve according to the invention for filling and / or emptying the at least one air bubble.
  • FIG. 1 and 2 are sectional views through a first embodiment of a valve according to the invention in the closed and open position of an air connection;
  • Figure 3 is a plan view of the exporting ⁇ approximate shape of the valve of Figures 1 and 2...;
  • Fig. 4 is a plan view of a second
  • Fig. 5 is a perspective view
  • Embodiments of the invention will now be described with reference to 3/3-valve pneumatic valves used for filling and venting an elastic air bladder (not shown) in a device for pneumatically adjusting a motor vehicle seat. Nonetheless, the pneumatic valves described below can also be used for any other purposes.
  • Fig. 1 shows a sectional view through a first embodiment of a pneumatic valve according to the invention.
  • the section runs along the line II of the plan view of Fig. 3, but also lying outside of the cutting plane components of FIG. 1 will be apparent.
  • the valve shown in Fig. 1 to 3 is designated by reference numeral 1 and comprises a housing 2 in which a plurality of Lucasan ⁇ connections are formed. From Fig. 3, inter alia, the
  • non-controllable working connection 4 can be seen, via which by means of the valve air is guided to an air bubble or derived from this.
  • the valve includes the two additional air ports 3 and 3 ', that he be ⁇ clearly in FIG. 1.
  • the air connection 3 is an exhaust air connection, through which air is led out of the valve to the outside. In this case, adjacent to the air connection, a damping element 6 is provided, are reduced with the outwardly urgent noise of the valve 1.
  • the air connection 3 ' is a supply air connection which is connected to an air duct 5, which in turn is connected to an air pressure supply (not shown).
  • the air connections 3 and 3 ' are controllable by means of movable valve flaps 8, i.
  • the respective air connections can be opened and sealed through the valve flaps.
  • the individual valve flaps 8 include u.a. a valve body 9 made of plastic and a leaf spring 10 made of metal, as will be explained in more detail below.
  • Valve flap 8 explained, wherein at the air connection 3 'analogous to the same actuating mechanism for opening and closing of the same is provided, as is apparent from the plan view of Fig. 3.
  • an SMA wire 7 is stretched from a known shape memory alloy in the horizontal direction.
  • the wire 7 is fixed to the housing 2 and to corresponding contact pins 15 by crimping by means of metallic crimping elements 20.
  • the exact crimp connection is not essential to the invention and is therefore not shown in detail in FIGS. 1 to 3.
  • About the contact pins 15 is the wire
  • the contact pins 15 are for this purpose connected to a circuit board 17 in the lower region of the housing 2, which controls the supply of electrical heating power, wherein the voltage for supplying the heating power, for example, comes from the electrical system of the motor vehicle.
  • the wire is attached at its right ends via respective crimping elements 20 on the housing.
  • the wire extends in Fig. 3, starting from an upper crimping element 20 and an upper contact pin 15 initially as a straight portion 701 toward the valve flap. There it is guided around as a bent portion 703 around a cylinder 11 protruding from the valve flap. Subsequently, the wire terminates again in a straight section 702, which leads to a further crimp element 20, which is connected via an electrically conductive web 22 to a central contact pin 15.
  • the cylinder 11 is an integral part of the valve body 9 consisting of plastic.
  • a cover 202 of the housing 2 forms the abutment of the spring 12th
  • the housing 2 comprises in addition to the cover 202 and a Bo ⁇ denabdeckung 203 a hatched reproduced base plate 201, which is shown in Fig. 1 in section.
  • the base plate has circumferential walls and contains the air ports 3, 3 ', 4 and the air duct 5.
  • the base plate divides the valve housing 2 into an air chamber 18, in which the valve flap 8 and its mechanical actuating mechanism including the SMA wire 7 is located as well in a region separated from the air chamber 19, in which the circuit board 17 is located with their electronic components.
  • the air chamber 18 is pressure-sealed against the valve environment and with respect to the separated area 19. The circuit board is thus protected from the guided through the air chamber 18 air flow.
  • the contact pins 15 are connected to the circuit board 17, the sealed via feedthroughs 16 in the Base plate 201 are guided into the air chamber 18 and connected there to the SMA wire 7.
  • the base plate 201 is made of dimensionally stable plastic and is additionally stabilized by the cover 202 and the bottom cover 203.
  • the lid may be glued or welded to the base plate 201. Since the electrical components of the valve sit on the separate circuit board 17, the base plate 201 requires no electrical conductors, so that they can be made of plastic. In particular, it represents an injection-molded component, whereby the integral design of the air connections 3, 3 'and 4 in the
  • the material used for the base plate is preferably a warp-resistant and distortion-resistant plastic used, if necessary, may be provided in the region of the nozzles of the individual air connections and an insert or the plastic may be formed at these locations of a different material.
  • the region of the valve nozzles can be made of a plastic without fiber reinforcement, where ⁇ the rest of the base plate contains such fibers to increase their stability.
  • the contact pins 15 are guided through feedthroughs 16 by the base plate 201.
  • the base plate also has the task of sealing the contact pins made. This can be done by injecting the corresponding pins, by pressing (possibly through an elastic seal) or by gluing these pins.
  • the valve flap 8 comprises in addition to the valve body 9 the
  • Leaf spring 10 which comprises the actual spring leaf 10a, which runs in Fig. 1 perpendicular to the sheet plane and thus in ho ⁇ zontal direction.
  • the spring leaf is a flat metal plate.
  • At the right end of the leaf spring are also two vertically extending flags 10b with rectangular cross-section.
  • the flags are also apparent from the plan view of FIG. 3. There, too, one recognizes that the flags are located in corresponding recesses of the walls of the base plate 201. are taken, whereby the leaf spring 10 is fixed to the base plate 201 and thus on the housing 2.
  • the leaf spring can be fixed in its right area by other connection methods such as gluing, riveting or the like to the base plate 201, the vertical flags then omitted.
  • valve body 9 the shape of the valve body 9 is also apparent. As can be seen, the valve body 9 in part a significantly smaller width than the underlying spring leaf 10a of the leaf spring 10. At the left front end of the valve body 9 is provided a nose 9a (Fig. 1) with an undercut in which the front end of the spring blade 10a is inserted. In this way, the spring leaf 10a and the underside of the valve body 9 are fastened to each other. In addition, the
  • Valve body glued to the leaf spring. On the underside of the spring leaf 10a, a sealing element 14 is also made
  • Soft plastic provided, which rests with closed air connection 3 on the conical nozzle seat of this air connection and ensures a tight seal ge ⁇ .
  • a bulge 9 b is further provided at its right end, which contacts the top of a portion of the spring leaf 10 a, which on the
  • Base plate 201 rests. This bulge facilitates the lifting of the leaf spring when opening the valve flap 8, as will be described in more detail below.
  • This shield By means of this shield, a large part of the SMA wire 7 is isolated from the air flow in the area of the air connections. As a result, a consistent behavior of the shape memory alloy of the wire is ensured since the temperature of the wire is not changed by passing air and thereby its properties are influenced.
  • the shield 13 can also be formed on the lid 10 instead of on the valve body 9 become. This facilitates the installation of the SMA wire, as it no longer has to be inserted through slots when it is installed in the housing.
  • the lid 202 is placed only when already mounted wire.
  • the closed state of the air connection 3 is shown.
  • the SMA wire 7 is supplied with electrical heating current via the contact pins 15, which causes heating of the wire 7.
  • the heating of the wire causes a transformation of the crystal structure of the shape-memory material of the wire, which leads to its shortening. This shortening in turn results in a force in the bent portion 703 of the wire on the cylinder
  • FIG. 2 shows the raised state of the valve flap 8 with the air connection 3 open.
  • the longer lever, which acts on the valve flap 8 and the sealing element 14, is given by the distance between the bulge 9b and the center of the sealing element 14 (ie, the nozzle seat).
  • a deflection of the force direction of the SMA wire 7 is further achieved by about 90 ° in the direction of the stroke of the valve flap 8.
  • the force direction is changed by another angle.
  • the direction of force is changed by an angle between 50 ° and 130 °, in particular between 70 ° and 110 °.
  • a deflection of the force direction by 90 ° allows a particularly compact design of the valve.
  • a leaf spring 10 for opening and closing the air connection 3 has particular advantages. In particular, this can be achieved that the valve flap 8 is guided in their movement and always touches the nozzle seat at the same position by means of its sealing element 14.
  • the leaf spring 10 simultaneously supports the longitudinal force upon actuation of the valve flap against the base plate 201 from.
  • the leaf spring allows a backlash-free and low-friction mounting of the valve flap, whereby the Zuver ⁇ permeability of the opening and closing of the air connection is improved.
  • a peeling movement of the valve flap is achieved during opening by this storage, whereby a so-called. "Hanging" of the valve is prevented by an adhesive sealing element 14. As can be seen from FIG.
  • the two air connections 3 and 3 'with the corresponding valve flaps are arranged offset to one another in the region of the working connection 4.
  • a common contact pin 15 is used as Massepin for both SMA wires.
  • the ground pin 15 is connected to the adjacent crimping elements of the two wires 7 via the conductive ridge 22.
  • Air flow which flows over these air openings, is limited to a small area in the housing and thus as little as possible with the SMA wires in combination, whereby a consistent contraction and expansion behavior of the wires is ensured. This is additionally supported by the shields 13 on the top of the valve body 9, as already explained above.
  • FIG. 4 shows a plan view of a modified second embodiment of a valve according to the invention.
  • This embodiment differs from the embodiment of FIG. 3 in that the air connections 3 and 3 'are no longer arranged on the same side of the valve housing 2. Rather, only the supply air connection 3 'is at the end of the valve housing adjacent to the working port 4, whereas the exhaust port 3 is provided at the opposite end of the valve ⁇ housing 2. As a result, a particularly compact construction of the valve is achieved.
  • the embodiment of FIG. 4 differs from that of FIG. 4
  • Embodiment of Fig. 3 further in that one-piece components 21 are used from a pair of crimping elements 20 for fixing the wires 7 on the housing 2.
  • the components 21 are inserted into the base plate 201 and have the crimping elements 20 at both ends thereof.
  • both are in the middle component 21 Crimping elements 20 used to fix the wires.
  • three contact pins 15 are provided, the middle contact pin 15 forming a common ground connection for both SMA wires 7.
  • the contact pins contact the wires, eg they can be welded to them. This ensures the supply of heating current to the wires.
  • Fig. 5 shows a perspective view of a modification of a valve flap, which can be used in the valve according to the invention.
  • the valve flap 9 of FIG. 5 now only consists of a leaf spring 10 and a sealing element 14, without a valve body made of plastic is provided. As a result, a simple production of the valve flap is ensured.
  • the leaf spring of FIG. 5 comprises the spring leaf 10a as well as two vertically extending lugs 10b which, in contrast to the preceding embodiments, now extend downwards. Via the lugs 10b, a fixation of the leaf spring or the valve flap in the valve housing 2 is again achieved.
  • the leaf spring is made of metal and includes, in addition to the lugs 10b, the semicircular portion 10c and an upwardly bent portion 10d which terminates at a wing 10e which is perpendicular to the extending direction of the straight portions of the SMA wire 7.
  • the lugs 10b, the semicircular portion 10c, the bent portion 10d and the wing 10e are formed by punching and bending a corresponding metal plate so that the leaf spring forms an integral member.
  • the wire 7 is contracted, which is deflected over the semicircular portion 10c.
  • force is transmitted to the leaf spring 10 via the semicircular section 10c, in order thereby to raise the valve flap with the corresponding sealing element 14 from the nozzle seat.
  • the geometric shape of the leaf spring is chosen such that when reaching the end position in the open state of Nozzle seat of the metallic wing lOe both straight sections of the wire 7 electrically bridged. This leads to a Wi ⁇ derstands SMA wire, which is detected by means of a ge ⁇ suitable resistance measurement so that here on the end position of the wire can be detected and then the heating can be reduced.
  • an enlargement and deflection of the stroke of the SMA wire is effected via a lever arrangement using a leaf spring.
  • the stroke of the SMA wire is very small (e.g., contraction by only about 0.5% to 1% of its length), increasing its life.
  • This stroke is converted by the lever assembly in a stroke of the valve flap, which is usually greater by a factor of 2 to 3 than the stroke of the SMA wire.
  • the use of a leaf spring further achieves a peeling removal of the sealing element from the nozzle seat, as a result of which well-adhering sealing elements can also be lifted reliably from the nozzle seat.
  • a simple and reliable backlash-free storage of the valve flap is made possible.
  • the formation of a region separated from the air chamber in the valve housing can be ensured by means of a base plate. In this area then electronic components can be arranged, which are protected against air flow and humidity in the air chamber. In addition, by using a shield through which the SMA wire is routed, the flow of air past this wire can be reduced, thereby ensuring uniform behavior of the wire.
  • valve seats in the direction of the cover of the valve housing and the integral formation of the seats in the base plate ensure simple manufacture and easy assembly of the valve.
  • actuating mechanism of the valve flaps is in a good accessible area of the housing, so that the assembly and quality control of the components is facilitated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Ventil, umfassend ein Ventilgehäuse (2), in dem eine Luftkammer (18) mit einem oder mehreren Luftanschlüssen (3, 3', 4) vorgesehen ist, wobei ein jeweiliger Luftanschluss (3, 3') zumindest eines Teils der Luftanschlüsse (3, 3', 4) mittels einer beweglichen Ventilklappe (8) geöffnet und dichtend geschlossen werden kann. Die Ventilklappe (8) ist mechanisch an ein SMA-Element (7) aus einer Formgedächtnislegierung gekoppelt ist, wobei sich das SMA-Element (7) durch Zufuhr eines elektrischen Heizstroms verformt und hierdurch eine vorgegebene Bewegung der Ventil- klappe (8) zum Öffnen oder Schließen des jeweiligen Luftanschlusses (3, 3') bewirkt. Die Verformung des SMA-Elements (7) wird bei Beendigung der Zufuhr des elektrischen Heizstroms rückgängig gemacht und bewirkt hierdurch eine Umkehrung der vorgegebenen Bewegung des SMA-Elements (7). Die Ventilklappe (8) umfasst eine Blattfeder (10) mit einem Federblatt (10a), wobei die Blattfeder (10) drehfest relativ zu dem Ventilgehäuse (2) gehalten ist. Die Blattfeder (10) wirkt derart mit dem SMA-Element (7) zusammen, dass ein Hub des SMA-Elements (7), der durch dessen Verformung bewirkt wird, in einen Hub der Ventilklappe (8) mittels elastischer Biegung des Federblatts (10a) der Blattfeder (10) gewandelt wird. Der Hub der Ventilklappe (8) ist dabei größer als der Hub des SMA-Elements (7), wobei die Blattfeder (10) derart mit dem SMA-Element (7) zusammenwirkt, dass der Hub der Ventilklappe (8) gegenüber dem Hub des SMA-Elements (7) umgelenkt wird.

Description

Beschreibung
Pneumatisches Ventil Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Ventil.
In einer Vielzahl von technischen Anwendungsgebieten werden zur Steuerung von Luftströmen pneumatische Ventile eingesetzt. Dabei ist es bekannt, zur Betätigung solcher Ventile sog. SMA-Elemente aus einer Formgedächtnislegierung, wie z.B. NiTi-Legierung, zu verwenden (SMA = Shape Memory Alloy) . Die SMA-Elemente werden durch Stromfluss und der daraus resultierenden Erwärmung verformt. Nach anschließender Abkühlung können sie wieder ihre ursprüngliche Form gebracht werden.
Häufig werden zum Betätigen von pneumatischen Ventilen
SMA-Elemente in der Form von Drähten verwendet. Dabei wird der Aktuatorhub über eine Kontraktion des Drahts mittels Stromzufuhr bewirkt. Um eine hohe Lebensdauer und damit eine hohe Anzahl von Betätigungszyklen zu erreichen, soll die Kontraktion des Drahts bei der Betätigung des Ventils möglichst gering sein. Demzufolge gibt es verschiedene Ansätze, um mittels einer geometrischen Übersetzung die Kontraktion des Drahts in einen größeren Ventilhub umzusetzen.
Die Druckschrift DE 102 57 549 B3 zeigt eine mechanische Reihenschaltung von SMA-Drähten, um den Stellhub eines Ventils zu erhöhen. In den Druckschriften WO 2015/185132 AI sowie WO 2015/086089 AI sind pneumatische SMA-Ventile gezeigt, bei denen der Hub eines SMA-Drahts über Gelenke in die Bewegung eines Ventilelements umgesetzt wird. Das Dokument DE 10 2005 060 217 AI zeigt ein pneumatisches Ventil mit dreiecksförmig gespannten SMA-Drähten, an denen Stößel zum Öffnen und Schließen von Ventilöffnungen angebracht sind. Das Dokument DE 10 2005 059 081 AI offenbart einen Drehaktuator mit einem Zugelement aus Formgedächtnislegierung. Der Aktuator setzt eine Zugbewegung des Zugelements in eine Drehbewegung um. Aufgabe der Erfindung ist es, ein zuverlässig arbeitendes pneumatisches Ventil mit wenigstens einem SMA-Element als Aktuator zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch das pneumatische Ventil gemäß Pa- tentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das erfindungsgemäße pneumatische Ventil umfasst ein Ventil¬ gehäuse, in dem eine Luftkammer mit einem oder mehreren
Luftanschlüssen vorgesehen ist, wobei ein jeweiliger Luftan- schluss zumindest eines Teils der Luftanschlüsse mittels einer beweglichen Ventilklappe geöffnet und dichtend geschlossen werden kann. Die Ventilklappe ist mechanisch an ein SMA-Element und insbesondere ein drahtförmiges SMA-Element aus einer Formgedächtnislegierung (z.B. einer NiTi-Legierung) gekoppelt. In an sich bekannter Weise verformt sich das SMA-Element durch Zufuhr eines elektrischen Heizstroms, wodurch eine vorgegebene Bewegung der Ventilklappe zum Öffnen oder Schließen des jeweiligen Luftanschlusses bewirkt wird. Die Verformung des SMA-Elements wird bei Beendigung der Zufuhr des elektrischen Heizstroms rückgängig gemacht, wodurch eine Umkehrung der vorgegebenen Bewegung des SMA-Elements bewirkt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen pneumatischen Ventil umfasst die Ventilklappe eine Blattfeder, vorzugsweise aus Metall, mit einem Federblatt und vorzugsweise einem einzelnen Federblatt, wobei die Blattfeder drehfest, d.h. scharnierlos, relativ zu dem Ventilgehäuse gehalten ist. Vorzugsweise ist die Blattfeder (scharnierlos) direkt an dem Ventilgehäuse befestigt. Die Ventilklappe mit der Blattfeder wirkt mit dem SMA-Element derart zusammen, dass ein Hub des SMA-Elements, der durch dessen Verformung bewirkt wird, in einen Hub der Ventilklappe mittels elastischer Biegung des Federblatts der Blattfeder gewandelt wird. Der Hub der Ventilklappe ist dabei größer als der Hub des SMA-Elements .
Bei dem erfindungsgemäßen pneumatischen Ventil wird eine Blattfeder zur Erzeugung eines vergrößerten Hubs einer Ventilklappe genutzt. Die Blattfeder kann spielfrei ohne Zwi¬ schenschaltung eines Scharniers befestigt werden, wodurch eine zuverlässige Betätigung des Ventils erreicht wird. Ferner kann durch die elastische Biegung der Blattfeder bei der Ventil- betätigung eine schälende Bewegung der Ventilklappe gewährleistet werden, wodurch auch eine am Ventilsitz anhaftende Ventilklappe gut gelöst werden kann. Durch die Umsetzung des Hubs des SMA-Elements in einen vergrößerten Ventilhub werden zur Betätigung des Ventils geringe Verformungen des SMA-Elements benötigt, wodurch dessen Lebensdauer erhöht wird. Die Vergrößerung des Hubs wird vorzugsweise über eine Hebelanordnung erreicht .
Das erfindungsgemäße pneumatische Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass die Blattfeder derart mit SMA-Element zusammenwirkt, dass der Hub der Ventilklappe gegenüber dem Hub des SMA-Elements umgelenkt wird. Vorzugsweise liegt der Winkel, um den der Hub der Ventilklappe gegenüber dem Hub des SMA-Elements umgelenkt wird, zwischen 50° und 130°, insbesondere zwischen 70° und 100° und besonders bevorzugt bei 90°, wobei sich die angegebenen Winkel auf den kleineren Winkel zwischen den Richtungen der beiden Hübe beziehen. Hierdurch kann ein kompakter Aufbau des erfindungsgemäßen Ventils erreicht werden. In einer weiteren, besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Ventils ist das SMA-Element ein sich im Wesentlichen in einer Ebene erstreckender Draht, der durch Zufuhr des elektrischen Heizstroms kontrahiert wird und hierdurch die vorgegebene Bewegung der Ventilkappe bewirkt. Nichtsdestotrotz besteht auch die Möglichkeit, dass das SMA-Element eine andere Form aufweist, z.B. kann es ggf. auch als eine Feder, wie z.B. eine Spiralfeder, ausgestaltet sein. Wird als SMA-Element ein sich in einer Ebene erstreckender Draht verwendet, verläuft dieser Draht vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu dem Federblatt der Blattfeder in einem vorgegebenen Abstand von diesem. Über diesen vorgegebenen Abstand kann ein kurzer Hebel zum Angriff des SMA-Elements erreicht werden, um hierdurch den Hub zu vergrößern.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform weist der das SMA-Element bildende Draht zwei gerade verlaufende Abschnitte mit einem dazwischen liegenden gebogenen Abschnitt auf, wobei der Hub des Drahts über den gebogenen Abschnitt auf die Ventilklappe übertragen wird. Vorzugsweise dreht der ge¬ bogene Abschnitt die Erstreckungsrichtung des Drahts um 180° . Der gebogene Abschnitt kann z.B. an einem Vorsprung der Ventilklappe angreifen. Mit dieser Variante der Erfindung wird eine einfache mechanische Kopplung des Drahts an die Ventilklappe gewähr¬ leistet .
In einer weiteren bevorzugten Variante umfasst das Federblatt der Blattfeder einen Auflagebereich, der auf einem Abschnitt des Ventilgehäuses aufliegt, wobei sich der Auflagebereich bei der elastischen Biegung des Federblatts von dem Abschnitt des Ventilgehäuses abhebt. Hierdurch wird eine einfache und kompakte Anordnung der Blattfeder am Ventilgehäuse ermöglicht.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils wirkt auf die Ventilklappe eine Rückstellkraft, welche die Umkehrung der Bewegung der Ventilklappe bei Beendigung der Zufuhr des Heizstroms bewirkt. Je nach Ausgestaltung kann die Rück- stellkraft durch die Blattfeder selbst ausgeübt werden, was durch entsprechende Vorspannung der Blattfeder gewährleistet werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine separate Feder zur Aufbringung der Rückstellkraft vorgesehen sein. In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Ventils umfasst die Ventilklappe einen Körper, insbesondere aus Kunststoff, der eine erste Seite aufweist, die auf den jeweiligen Luftanschluss zuweist sowie eine zweite Seite, die eine zu der ersten Seite entgegengesetzte (d.h. gegenüberliegende) Seite ist. Dabei ist ein Abschnitt des Federblatts, der durch die elastische Biegung der Blattfeder bewegt wird, auf der ersten Seite angeordnet. Vorzugsweise ist das SMA-Element auf der zweiten Seite mechanisch an die Ventilklappe gekoppelt. Diese Anordnung gewährleistet eine stabil ausgeführte Ventilklappe. Ferner kann über den Körper eine Beabstandung des SMA-Elements von der Blattfeder und damit ein geeigneter Hebelarm gewährleistet werden. In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Ventils umfasst das Ventilgehäuse eine Grundplatte aus nicht-leitendem Material, insbesondere aus Kunststoff. Vorzugsweise ist die Grundplatte ein Spritzgussbauteil. Die Grundplatte teilt das Innere des Ventilgehäuses in die gegenüber anderen Bereichen abgedichtete Luftkammer und einen von der Luftkammer separierten Bereich auf, wobei in dem separierten Bereich vorzugsweise eine elektronische Steuereinheit zur Steuerung der Ventilklappe oder Ventilklappen zum Öffnen oder Schließen des oder der jeweiligen Luftanschlüsse angeordnet ist. Mittels dieser Variante der Erfindung können empfindliche Bauteile vor dem Luftstrom in der Luftkammer sowie vor Feuchtigkeit in der Luftkammer geschützt werden.
In einer weiteren Variante, in der ein Auflagebereich des Federblatts auf einem Abschnitt des Ventilgehäuses aufliegt, ist der Abschnitt des Ventilgehäuses ein Teil der soeben be¬ schriebenen Grundplatte auf deren zur Luftkammer weisenden Seite. Hierdurch wird ein kompakter Aufbau des Ventils erreicht.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform ist das SMA-Element durch eine Abschirmwand geführt, welche einen
Teilabschnitt des SMA-Elements von dem jeweiligen Luftanschluss abschirmt, wobei die Abschirmwand vorzugsweise an der Ven¬ tilklappe oder an dem Ventilgehäuse befestigt ist. In dieser Ausführungsform wird eine Veränderung des Verhaltens des SMA-Elements aufgrund einer Abkühlung durch die Luftströmung am Luftanschluss vermieden. In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Ventils ist an der Blattfeder ein leitfähiger Abschnitt ausgebildet, der beim Erreichen einer Endposition der Ventilklappe bei Zufuhr des elektrischen Heizstroms einen Teilabschnitt des SMA-Elements elektrisch überbrückt. Diese Variante der Erfindung ermöglicht eine vereinfachte Detektion der Endposition, da die durch die elektrische Überbrückung verursachte Widerstandsverminderung zur Erfassung der Endposition genutzt werden kann. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils liegt an einem Ende des Ventilgehäuses ein nicht-steuerbarer Luftanschluss , d.h. ein Luftanschluss ohne Ventilklappe. Ferner umfasst das Ventil zwei Luftanschlüsse, welche Ventilklappen und eine entsprechende Betätigung mit einem SMA-Element gemäß den obigen Ausführungen beinhalten. In einer Variante sind die zwei Luftanschlüsse an dem Ende des Ventilgehäuses angeordnet, an dem der nicht-steuerbare Luftanschluss liegt. Hierdurch kann ge¬ währleistet werden, dass der Luftstrom nur zum Teil an dem SMA-Element vorbeigeführt wird und er somit die Eigenschaften des SMA-Elements nicht negativ beeinflusst. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass einer der zwei Luftanschlüsse an dem Ende des Ventilgehäuses angeordnet ist, an dem der nicht-steuerbare Luftanschluss liegt, und der andere der zwei Luftanschlüsse an einem zu diesem Ende entgegengesetzten Ende des Ventilgehäuses angeordnet ist. Hierdurch kann ein kompakter länglicher Aufbau des Ventilgehäuses ermöglicht werden. Gegebenenfalls können auch mehr als die genannten zwei Luftanschlüsse vorgesehen sein. Vorzugsweise sind jedoch genau zwei solche Luftanschlüsse vorgesehen .
Das erfindungsgemäße pneumatische Ventil ist vorzugsweise zum Befüllen und/oder Entleeren zumindest einer elastischen
Luftblase in einer Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Sitzes in einem Verkehrsmittel vorgesehen. Mit anderen Worten umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Sitzes in einem Verkehrsmittel mit zumindest einer elastischen Luftblase sowie einem erfin- dungsgemäßen Ventil zum Befüllen und/oder Entleeren der zumindest einen Luftblase.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 und Fig. 2 Schnittansichten durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils in geschlossener und geöffneter Stellung eines Luftanschlusses;
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Ausfüh¬ rungsform des Ventils aus Fig. 1 und Fig. 2 ;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine zweite
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils; und
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung
einer abgewandelten Ausgestaltung einer im erfindungsgemäßen Ventil verwendeten Ventilklappe .
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von pneumatischen 3/3-Ventilen beschrieben, die zum Befüllen und Entlüften einer elastischen Luftblase (nicht gezeigt) in einer Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Kraftfahrzeugsitzes eingesetzt werden. Nichtsdestotrotz können die nachfolgend beschriebenen pneumatischen Ventile auch für beliebige andere Verwendungszwecke genutzt werden.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen pneumatischen Ventils. Der Schnitt verläuft entlang der Linie I-I der Draufsicht von Fig. 3, wobei jedoch auch außerhalb der Schnittebene liegende Bauteile aus Fig. 1 ersichtlich werden. Das in Fig. 1 bis 3 gezeigte Ventil ist mit Bezugszeichen 1 bezeichnet und umfasst ein Gehäuse 2, in dem mehrere Luftan¬ schlüsse ausgebildet sind. Aus Fig. 3 ist u.a. der
nicht-steuerbare Arbeitsanschluss 4 ersichtlich, über den mittels des Ventils Luft zu einer Luftblase geführt bzw. von dieser abgeleitet wird. Darüber hinaus enthält das Ventil die beiden weiteren Luftanschlüsse 3 und 3', die aus Fig. 1 er¬ sichtlich werden. Der Luftanschluss 3 ist ein Abluftanschluss , über den Luft aus dem Ventil nach außen geführt wird. Dabei ist benachbart zum Luftanschluss ein Dämpfungselement 6 vorgesehen, mit dem nach außen dringende Geräusche des Ventils 1 vermindert werden .
Im Unterschied zum Luftanschluss 3 ist der Luftanschluss 3' ein Zuluftanschluss , der mit einem Luftkanal 5 verbunden ist, der wiederum an eine Luftdruckzufuhr (nicht gezeigt) angeschlossen ist. Die Luftanschlüsse 3 und 3' sind mittels beweglicher Ventilklappen 8 steuerbar, d.h. über die Ventilklappen können die jeweiligen Luftanschlüsse geöffnet und dichtend verschlossen werden. Die einzelnen Ventilklappen 8 umfassen u.a. einen Ventilkörper 9 aus Kunststoff sowie eine Blattfeder 10 aus Metall, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.
Nachfolgend werden anhand von Fig. 1 bis Fig. 3 das Öffnen und Schließen des Abluftanschlusses 3 mittels der dargestellten
Ventilklappe 8 erläutert, wobei an dem Luftanschluss 3' analog der gleiche Betätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen desselben vorgesehen ist, wie sich aus der Draufsicht aus Fig. 3 ergibt.
Gemäß Fig. 1 ist ein SMA-Draht 7 aus einer an sich bekannten Formgedächtnislegierung in horizontaler Richtung gespannt. Der Draht 7 wird am Gehäuse 2 sowie an entsprechenden Kontaktpins 15 durch Crimpen mittels metallischer Crimp-Elemente 20 befestigt. Die genaue Crimp-Verbindung ist dabei für die Erfindung nicht wesentlich und ist somit in Fig. 1 bis Fig. 3 nicht im Detail wiedergegeben. Über die Kontaktpins 15 wird dem Draht
elektrischer Heizstrom zugeführt. Die Kontaktpins 15 sind hierzu mit einer Leiterplatte 17 im unteren Bereich des Gehäuses 2 verbunden, welche die Zufuhr der elektrischen Heizleistung steuert, wobei die Spannung zur Zufuhr der Heizleistung z.B. vom Bordnetz des Kraftfahrzeugs stammt.
Aus der Draufsicht der Fig. 3 ergibt sich nochmals die Führung des Drahts 7. Wie man erkennt, ist der Draht an seinen rechten Enden über jeweilige Crimp-Elemente 20 am Gehäuse befestigt. Der Draht erstreckt sich in Fig. 3 ausgehend von einem oberen Crimp-Element 20 und einem oberen Kontaktpin 15 zunächst als gerader Abschnitt 701 in Richtung hin zu der Ventilklappe. Dort wird er als gebogener Abschnitt 703 um einen von der Ventilklappe vorstehenden Zylinder 11 herumgeführt. Anschließend mündet der Draht wieder in einen geraden Abschnitt 702, der zu einem weiteren Crimp-Element 20 führt, welches über einen elektrisch leitenden Steg 22 mit einem mittleren Kontaktpin 15 verbunden ist. Der Zylinder 11 ist integraler Bestandteil des aus Kunststoff bestehenden Ventilkörpers 9. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, befindet sich um den Zylinder 11 eine Spiralfeder 12, welche die Ven- tilklappe nach unten zum Verschluss der Luftöffnung 3 vorspannt. Ein Deckel 202 des Gehäuses 2 bildet das Widerlager der Feder 12.
Das Gehäuse 2 umfasst neben dem Deckel 202 sowie einer Bo¬ denabdeckung 203 eine schraffiert wiedergegebene Grundplatte 201, die in Fig. 1 im Schnitt dargestellt ist. Die Grundplatte besitzt umlaufende Wände und enthält die Luftanschlüsse 3, 3', 4 sowie den Luftkanal 5. Die Grundplatte teilt das Ventilgehäuse 2 in eine Luftkammer 18, in der sich die Ventilklappe 8 sowie deren mechanischer Betätigungsmechanismus inklusive des SMA-Drahts 7 befindet, sowie in einen von der Luftkammer separierten Bereich 19, in dem sich die Leiterplatte 17 mit deren elektronischen Bauteilen befindet. Die Luftkammer 18 ist gegenüber der Ventilumgebung und gegenüber dem separierten Bereich 19 druckdicht abgeschlossen. Die Leiterplatte ist somit gegenüber dem durch die Luftkammer 18 geführten Luftstrom geschützt.
Wie bereits erwähnt, sind an der Leiterplatte 17 die Kontaktpins 15 angeschlossen, die über abgedichtete Durchführungen 16 in der Grundplatte 201 in die Luftkammer 18 geführt werden und dort mit dem SMA-Draht 7 verbunden sind. Die Grundplatte 201 besteht aus formstabilem Kunststoff und wird zusätzlich durch den Deckel 202 sowie die Bodenabdeckung 203 stabilisiert. Der Deckel kann mit der Grundplatte 201 verklebt oder verschweißt sein. Da die elektrischen Bauteile des Ventils auf der separaten Leiterplatte 17 sitzen, benötigt die Grundplatte 201 keine elektrischen Leiterbahnen, so dass sie aus Kunststoff gefertigt werden kann. Insbesondere stellt sie ein Spritzgussbauteil dar, wodurch die integrale Ausbildung der Luftanschlüsse 3, 3' und 4 in der
Grundplatte ermöglicht wird. Als Material für die Grundplatte wird vorzugsweise ein verzugsarmer und verwindungssteifer Kunststoff verwendet, ggf. kann im Bereich der Düsen der einzelnen Luftanschlüsse auch ein Einsatz vorgesehen sein oder der Kunststoff an diesen Stellen aus einem anderen Material gebildet sein. Zum Beispiel kann der Bereich der Ventildüsen aus einem Kunststoff ohne Faserverstärkung hergestellt sein, wo¬ hingegen der Rest der Grundplatte solche Fasern zur Erhöhung ihrer Stabilität enthält. Durch die Verwendung von nicht verstärktem Kunststoff im Bereich der Düsensitze kann die
Abdichtung bei verschlossenen Anschlüssen verbessert werden.
Wie bereits erwähnt, werden durch die Grundplatte 201 die Kontaktpins 15 über Durchführungen 16 geführt. Die Grundplatte besitzt dabei auch die Aufgabe, die durchgeführten Kontaktpins abzudichten. Dies kann durch Einspritzen der entsprechenden Pins, durch Einpressen (ggf. durch eine elastische Dichtung hindurch) oder durch Verkleben dieser Pins geschehen. Die Ventilklappe 8 umfasst neben dem Ventilkörper 9 die
Blattfeder 10, die das eigentliche Federblatt 10a umfasst, welches in Fig. 1 senkrecht zur Blattebene und damit in ho¬ rizontaler Richtung verläuft. Das Federblatt ist ein ebenes Metallplättchen . Am rechten Ende der Blattfeder befinden sich ferner zwei vertikal verlaufende Fahnen 10b mit rechteckigem Querschnitt. Die Fahnen sind auch aus der Draufsicht der Fig. 3 ersichtlich. Dort erkennt man auch, dass die Fahnen in entsprechenden Aussparungen der Wände der Grundplatte 201 auf- genommen sind, wodurch die Blattfeder 10 an der Grundplatte 201 und damit am Gehäuse 2 fixiert wird. Alternativ kann die Blattfeder in ihrem rechten Bereich auch durch andere Verbindungsverfahren wie Kleben, Nieten oder dergleichen an der Grundplatte 201 fixiert werden, die vertikalen Fahnen entfallen dann .
Aus Fig. 3 ist ferner die Form des Ventilkörpers 9 ersichtlich. Wie man erkennt, weist der Ventilkörper 9 zum Teil eine deutlich geringere Breite als das darunter liegende Federblatt 10a der Blattfeder 10 auf. An dem linken vorderen Ende des Ventilkörpers 9 ist eine Nase 9a (Fig. 1) mit einer Hinterschneidung vorgesehen, in welche das vordere Ende des Federblatts 10a eingesteckt ist. Auf diese Weise werden das Federblatt 10a und die Unterseite des Ventilkörpers 9 aneinander befestigt. Zusätzlich kann der
Ventilkörper mit der Blattfeder verklebt sein. Auf der Unterseite des Federblatts 10a ist ferner ein Dichtelement 14 aus
Weichkunststoff vorgesehen, welches bei geschlossenem Luft- anschluss 3 auf dem konisch verlaufenden Düsensitz dieses Luftanschlusses aufliegt und einen dichtenden Abschluss ge¬ währleistet .
Auf der Unterseite des Ventilkörpers 9 ist an seinem rechten Ende ferner eine Ausbuchtung 9b vorgesehen, welche die Oberseite eines Abschnitts des Federblatts 10a kontaktiert, der auf der
Grundplatte 201 aufliegt. Diese Ausbuchtung erleichtert das Anheben der Blattfeder beim Öffnen der Ventilklappe 8, wie weiter unten noch näher beschrieben wird. Auf der Oberseite des Ventilkörpers 9 befindet sich ferner eine Abschirmung 13 mit zwei nach oben offenen Schlitzen, durch welche die beiden geraden Abschnitte 701 und 702 des SMA-Drahts 7 geführt werden. Mittels dieser Abschirmung wird ein Großteil des SMA-Drahts 7 von der Luftströmung im Bereich der Luftanschlüsse isoliert. Hierdurch wird ein gleichbleibendes Verhalten der Formgedächtnislegierung des Drahts sichergestellt, da die Temperatur des Drahts nicht durch vorbeiströmende Luft verändert wird und hierdurch seine Eigenschaften beeinflusst werden. Die Abschirmung 13 kann anstatt auf dem Ventilkörper 9 auch an dem Deckel 10 angeformt werden. Hierdurch wird die Montage des SMA-Drahts erleichtert, da dieser bei seinem Einbau in das Gehäuse nicht mehr durch Schlitze eingebracht werden muss. Der Deckel 202 wird erst bei bereits montiertem Draht aufgesetzt.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Öffnens und Schließens der Ventilklappe 8 mit Hilfe des SMA-Drahts 7 erläutert. In Fig.
I ist der geschlossene Zustand des Luftanschlusses 3 gezeigt. Zum Öffnen dieses Luftanschlusses wird dem SMA-Draht 7 über die Kontaktpins 15 elektrischer Heizstrom zugeführt, der ein Erwärmen des Drahts 7 bewirkt. In an sich bekannter Weise wird durch die Erwärmung des Drahts eine Umwandlung der Kristallstruktur des Formgedächtnismaterials des Drahts bewirkt, was zu dessen Verkürzung führt. Diese Verkürzung hat wiederum zur Folge, dass eine Kraft im gebogenen Abschnitt 703 des Drahts auf den Zylinder
II und damit auf die Ventilklappe 8 insgesamt wirkt. Als Folge wird unter elastischer Biegung des Federblatts 10a die Blattfeder 10 und damit die Ventilklappe 8 nach oben gezogen. Das Federblatt 10a löst sich dabei im Bereich der Ausbuchtung 9b von seiner entsprechenden Auflage auf der Oberseite der Grundplatte 201. Fig. 2 zeigt dabei den angehobenen Zustand der Ventilklappe 8 mit geöffnetem Luftanschluss 3.
Nachdem das Ventil die in Fig. 2 gezeigte geöffnete Stellung erreicht hat, wird mittels eines geeigneten Endschalters (nicht gezeigt) diese Endposition detektiert. Als Folge wird der Heizstrom reduziert, um hierdurch eine thermische und mecha¬ nische Überlastung des Drahts 7 zu vermeiden. Zum Schließen des Luftanschlusses 3 wird die Zufuhr von Heizstrom schließlich ganz unterbrochen, mit der Folge, dass sich der Draht aufgrund der Formgedächtnislegierung wieder ausdehnt und über die Rückstellkraft der Feder 12 eine Bewegung der Ventilklappe 8 nach unten und damit das Verschließen des Luftanschlusses 3 bewirkt wird. Gegebenenfalls kann auf die Verwendung einer separaten Feder 12 zur Erzeugung der Rückstellkraft verzichtet werden. Vielmehr kann die Rückstellkraft auch durch eine geeignete Vorspannung des Federblatts 10a der Blattfeder 10 erzeugt werden. Die Anordnung zur mechanischen Kopplung von SMA-Draht 7, Blattfeder 10 sowie Ventilkörper 9 wurde gemäß Fig. 1 und Fig. 2 derart gewählt, dass hierdurch ein Mechanismus gebildet wird, der zum einen den horizontalen Hub des SMA-Drahts 7 (d.h. dessen Verkürzung bei Anlegen des Heizstroms) in einen vertikalen Hub der Ventilklappe 8 umsetzt und zum anderen den Hub der Ven¬ tilklappe 8 im Vergleich zum Hub des SMA-Drahts 7 vergrößert. Dies wird durch eine Hebelanordnung bzw. eine Wippe erreicht. Der kürzere Hebel, an dem der SMA-Draht 7 angreift, ist durch den Abstand zwischen dem Draht 7 und dem Federblatt 10a gegeben. Der längere Hebel, der auf die Ventilklappe 8 bzw. das Dichtelement 14 wirkt, ist durch den Abstand zwischen der Ausbuchtung 9b und der Mitte des Dichtelements 14 (d.h. dem Düsensitz) gegeben. Durch diese Anordnung wird ferner eine Umlenkung der Kraft- richtung des SMA-Drahts 7 um etwa 90° in Richtung des Hubs der Ventilklappe 8 erreicht. Gegebenenfalls sind auch andere Ausführungen denkbar, in denen die Kraftrichtung um einen anderen Winkel verändert wird. Vorzugsweise wird die Kraftrichtung um einen Winkel zwischen 50° und 130°, insbesondere zwischen 70° und 110°, verändert. Eine Umlenkung der Kraftrichtung um 90° ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau des Ventils.
Die Verwendung einer Blattfeder 10 zum Öffnen und Schließen des Luftanschlusses 3 weist besondere Vorteile auf. Insbesondere kann hierdurch erreicht werden, dass die Ventilklappe 8 in ihrer Bewegung geführt ist und immer an derselben Position mittels ihres Dichtelements 14 den Düsensitz berührt. Die Blattfeder 10 stützt dabei gleichzeitig die Längskraft bei Betätigung der Ventilklappe gegen die Grundplatte 201 ab. Im Gegensatz zu Scharnieren ermöglicht die Blattfeder eine spielfreie und reibungsarme Lagerung der Ventilklappe, wodurch die Zuver¬ lässigkeit des Öffnens und Schließens des Luftanschlusses verbessert wird. Gleichzeitig wird durch diese Lagerung eine Schälbewegung der Ventilklappe beim Öffnen erreicht, wodurch einem sog. „Hängen" des Ventils durch ein klebendes Dichtelement 14 vorgebeugt wird. Wie man aus Fig. 3 erkennt, sind die beiden Luftanschlüsse 3 und 3' mit den entsprechenden Ventilklappen versetzt zueinander im Bereich des Arbeitsanschlusses 4 angeordnet. Die elektrische Kontaktierung der beiden SMA-Drähte erfolgt über die Kontaktpins 15 am rechten Ende des Gehäuses. Dabei wird ein gemeinsamer Kontaktpin 15 als Massepin für beide SMA-Drähte genutzt. Der Massepin 15 ist mit den benachbarten Crimp-Elementen der beiden Drähte 7 über den leitenden Steg 22 verbunden. Durch die in Fig. 3 gezeigte Anordnung aller drei Luftanschlüsse 3, 3' und 4 auf einer Seite des Gehäuses 2 wird sichergestellt, dass der
Luftstrom, der über diese Luftöffnungen fließt, auf einen kleinen Bereich im Gehäuse begrenzt ist und somit möglichst wenig mit den SMA-Drähten in Verbindung kommt, wodurch ein gleichbleibendes Kontraktions- und Ausdehnungsverhalten der Drähte gewährleistet wird. Dies wird zusätzlich durch die Abschirmungen 13 auf der Oberseite der Ventilkörper 9 unterstützt, wie bereits oben erläutert wurde.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine abgewandelte zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 3 dahingehend, dass die Luftanschlüsse 3 und 3' nicht mehr auf der gleichen Seite des Ventilgehäuses 2 angeordnet sind. Vielmehr befindet sich nur noch der Zuluftanschluss 3' am dem Ende des Ventilgehäuses benachbart zu dem Arbeitsanschluss 4, wohingegen der Abluftanschluss 3 am entgegengesetzten Ende des Ventil¬ gehäuses 2 vorgesehen ist. Hierdurch wird ein besonders kompakter Aufbau des Ventils erreicht. Die Ausführungsform der Fig. 4 unterscheidet sich von der
Ausführungsform der Fig. 3 ferner dahingehend, dass einstückige Bauteile 21 aus einem Paar von Crimp-Elementen 20 zur Befestigung der Drähte 7 am Gehäuse 2 genutzt werden. Die Bauteile 21 sind in der Grundplatte 201 eingesetzt und weisen an beiden ihrer Enden die Crimp-Elemente 20 auf. Es gibt drei solche Bauteile 21, wobei im oberen Bauteil 21 nur das linke Crimp-Element 20 und im unteren Bauteil 21 nur das rechte Crimp-Element 20 zur Drahtfixierung genutzt wird. Demgegenüber werden im mittleren Bauteil 21 beide Crimp-Elemente 20 zur Fixierung der Drähte verwendet. In Analogie zu Fig. 3 sind wiederum drei Kontaktpins 15 vorgesehen, wobei der mittlere Kontaktpin 15 einen gemeinsamen Masseanschluss für beide SMA-Drähte 7 bildet. Die Kontaktpins kontaktieren die Drähte, z.B. können sie an diesen angeschweißt sein. Hierüber wird die Zufuhr von Heizstrom an die Drähte gewährleistet.
Fig. 5 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Abwandlung einer Ventilklappe, die im erfindungsgemäßen Ventil zum Einsatz kommen kann. Im Unterschied zur Ventilklappe der vorangegangenen Ausführungsformen besteht die Ventilklappe 9 der Fig. 5 nunmehr nur noch aus einer Blattfeder 10 und einem Dichtelement 14, ohne dass ein Ventilkörper aus Kunststoff vorgesehen ist. Hierdurch wird eine einfache Fertigung der Ventilklappe gewährleistet.
In Analogie zu Fig. 1 umfasst die Blattfeder der Fig. 5 das Federblatt 10a sowie zwei vertikal verlaufende Fahnen 10b, welche sich im Gegensatz zu den vorangegangenen Ausführungsformen nunmehr nach unten erstrecken. Über die Fahnen 10b wird wiederum eine Fixierung der Blattfeder bzw. der Ventilklappe im Ventilgehäuse 2 erreicht. Die Blattfeder ist aus Metall gefertigt und umfasst neben den Fahnen 10b den halbkreisförmigen Abschnitt 10c sowie einen nach oben gebogenen Abschnitt lOd, der an einem Flügel lOe endet, der senkrecht zur Erstreckungsrichtung der geraden Abschnitte des SMA-Drahts 7 verläuft. Die Fahnen 10b, der halbkreisförmige Abschnitt 10c, der gebogene Abschnitt lOd sowie der Flügel lOe werden durch Stanzung und Biegung einer entsprechenden Metallplatte ausgebildet, so dass die Blattfeder ein integrales Bauteil bildet.
Zur Bewegung der Ventilklappe 9 wird wiederum der Draht 7 kontrahiert, der über den halbkreisförmigen Abschnitt 10c umgelenkt wird. Durch die Kontraktion wird Kraft über den halbkreisförmigen Abschnitt 10c auf die Blattfeder 10 über- tragen, um hierdurch ein Anheben der Ventilklappe mit dem entsprechenden Dichtelement 14 von dem Düsensitz zu erreichen. Die geometrische Form der Blattfeder ist dabei derart gewählt, dass bei Erreichen der Endposition im geöffneten Zustand des Düsensitzes der metallische Flügel lOe beide geraden Abschnitte des Drahts 7 elektrisch überbrückt. Dies führt zu einer Wi¬ derstandsänderung des SMA-Drahts, welche mittels einer ge¬ eigneten Widerstandsmessung erfasst wird, so dass hierüber die Endposition des Drahts detektiert werden kann und anschließend der Heizstrom reduziert werden kann.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird über eine Hebelanordnung unter Verwendung einer Blattfeder eine Vergrößerung und Umlenkung des Hubs des SMA-Drahts bewirkt. Der Hub des SMA-Drahts ist sehr gering (z.B. Kontraktion um nur ca. 0,5% bis 1% seiner Länge), wodurch dessen Lebensdauer erhöht wird. Dieser Hub wird durch die Hebelanordnung in einen Hub der Ventilklappe umgesetzt, der in der Regel mit dem Faktor 2 bis 3 größer als der Hub des SMA-Drahts ist. Durch die Verwendung einer Blattfeder wird ferner eine schälende Entfernung des Dichtelements von dem Düsensitz erreicht, wodurch auch gut anhaftenden Dichtelemente zuverlässig von dem Düsensitz angehoben werden können. Darüber hinaus wird eine einfache und zuverlässige spielfreie Lagerung der Ventilklappe ermöglicht.
Mittels einer Grundplatte kann ferner die Ausbildung eines von der Luftkammer getrennten Bereichs im Ventilgehäuse gewähr- leistet werden. In diesem Bereich können dann elektronische Bauteile angeordnet werden, welche gegen Luftströmung und Luftfeuchtigkeit in der Luftkammer geschützt sind. Darüber hinaus kann durch die Verwendung einer Abschirmung, durch welche der SMA-Draht geführt wird, das Vorbeiströmen der Luftströmung an diesem Draht reduziert werden, um hierdurch ein gleichmäßiges Verhalten des Drahts zu gewährleisten.
Ferner wird durch die Anordnung der Ventilsitze in Richtung hin zu dem Deckel des Ventilgehäuses sowie die integrale Ausbildung der Sitze in der Grundplatte eine einfache Fertigung und ein einfacher Zusammenbau des Ventils gewährleistet. Insbesondere ist der Betätigungsmechanismus der Ventilklappen in einem gut zugänglichen Bereich des Gehäuses angeordnet, so dass die Montage und die Qualitätskontrolle der Bauteile erleichtert wird.
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Bezugs zeichenliste
1 Ventil
2 Ventilgehäuse
201 Grundplatte
202 Deckel
203 Bodenabdeckung
3, 3', 4 Luftanschlüsse
5 Luftkanal
6 Dämpfungselement
7 SMA-Draht
701, 702 gerade Abschnitte des Drahts
703 gebogener Abschnitt des Drahts
8 Ventilklappe
9 Ventilkörper
9a Nase
9b Ausbuchtung
10 Blattfeder
10a Federblatt
10b Fahne
10c halbkreisförmiger Abschnitt
lOd gebogener Abschnitt
lOe Flügel
11 Zylinder
12 Spiralfeder
13 Abschirmung
14 Dichtelement
15 Kontaktpin
16 Durchführung
17 Leiterplatte
18 Luftkammer
19 von der Luftkammer separierter Bereich
20 Crimp-Elemente
21 Bauteil mit Crimp-Elementen
22 leitender Steg

Claims

Patentansprüche
1. Pneumatisches Ventil, umfassend ein Ventilgehäuse (2) , in dem eine Luftkammer (18) mit einem oder mehreren Luftanschlüssen (3, 3', 4) vorgesehen ist, wobei ein j eweiliger Luftanschluss (3, 3') zumindest eines Teils der Luftanschlüsse (3, 3', 4) mittels einer beweglichen Ventilklappe (8) geöffnet und dichtend geschlossen werden kann, wobei die Ventilklappe (8) mechanisch an ein SMA-Element (7) aus einer Formgedächtnislegierung gekoppelt ist, wobei sich das SMA-Element (7) durch Zufuhr eines elektrischen Heizstroms verformt und hierdurch eine vorgegebene Bewegung der Ventilklappe (8) zum Öffnen oder Schließen des jeweiligen Luftanschlusses (3, 3') bewirkt, wobei die Verformung des SMA-Elements (7) bei Beendigung der Zufuhr des elektrischen Heizstroms rückgängig gemacht wird und hierdurch eine Umkehrung der vorgegebenen Bewegung des SMA-Elements (7) bewirkt, die Ventilklappe (8) eine Blattfeder (10) mit einem Federblatt (10a) umfasst, wobei die Blattfeder (10) drehfest relativ zu dem Ventilgehäuse (2) gehalten ist und derart mit dem SMA-Element (7) zusammenwirkt, dass ein Hub des SMA-Elements (7), der durch dessen Verformung bewirkt wird, in einen Hub der Ventilklappe (8) mittels elastischer Biegung des Federblatts (10a) der Blattfeder (10) gewandelt wird, wobei der Hub der Ventilklappe (8) größer als der Hub des SMA-Elements (7) ist und das pneumatische Ventil d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t i s t, d a s s die Blattfeder (10) derart mit dem SMA-Element (7) zusammenwirkt, dass der Hub der Ventilklappe (8) gegenüber dem Hub des
SMA-Elements (7) umgelenkt wird.
2. Pneumatisches Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel, um den der Hub der Ventilklappe (8) gegenüber dem Hub des SMA-Elements (7) umgelenkt wird, zwischen 50° und 130°, vorzugsweise zwischen 70° und 100° und besonders bevorzugt bei 90°, liegt.
3. Pneumatisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das SMA-Element (7) ein sich im Wesentlichen in einer Ebene erstreckender Draht ist, der durch Zufuhr des elektrischen Heizstroms kontrahiert wird und hierdurch die vorgegebene Bewegung der Ventilklappe (8) bewirkt.
4. Pneumatisches Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht im Wesentlichen parallel zu dem Federblatt (10a) der Blattfeder (10) in einem vorgegebenen Abstand von diesem verläuft .
5. Pneumatisches Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Draht zwei gerade verlaufende Abschnitte
(701, 702) mit einem dazwischen liegenden gebogenen Abschnitt (703) umfasst, wobei der Hub des Drahts über den gebogenen Abschnitt (703) auf die Ventilklappe (8) übertragen wird, wobei der gebogene Abschnitt (703) die Erstreckungsrichtung des Drahts vorzugsweise um 180° dreht.
6. Pneumatisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federblatt (10a) der Blattfeder (10) einen Auflagebereich umfasst, der auf einem Abschnitt des Ventilgehäuses (2) aufliegt, wobei sich der Auflagebereich bei der elastischen Biegung des Federblatts (10a) von dem Abschnitt des Ventilgehäuses (2) abhebt.
7. Pneumatisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Ventilklappe (8) eine
Rückstellkraft wirkt, welche die Umkehrung der vorgegebenen Bewegung der Ventilklappe (8) bei Beendigung der Zufuhr des Heizstroms bewirkt, wobei die Rückstellkraft vorzugsweise durch die Blattfeder (10) und/oder eine separate Feder (12) erzeugt wird.
8. Pneumatisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilklappe (8) einen Körper (9) umfasst, der eine erste Seite aufweist, die auf den jeweiligen Luftanschluss (3, 3') zuweist, sowie eine zweite Seite, die eine zu der ersten Seite entgegengesetzte Seite ist, wobei ein Abschnitt des Federblatts (10a) , der durch die elastische Biegung der Blattfeder (10) bewegt wird, auf der ersten Seite angeordnet ist und wobei das SMA-Element (7) vorzugsweise auf der zweiten Seite mechanisch an die Ventilklappe (8) gekoppelt ist.
9. Pneumatisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (2) eine
Grundplatte (201) aus nicht-leitendem Material umfasst, welche das Innere des Ventilgehäuses (2) in die Luftkammer (18) und einen von der Luftkammer (18) separierten Bereich (19) aufteilt, wobei in dem separierten Bereich (19) vorzugsweise eine elektronische Steuereinheit zur Steuerung der Ventilklappe oder Ventilklappen (8) zum Öffnen oder Schließen des oder der jeweiligen Luftanschlüsse (3, 3') angeordnet ist.
10. Pneumatisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der
Abschnitt des Ventilgehäuses (2) , auf dem der Auflagebereich des Federblatts (10a) aufliegt, ein Teil der Grundplatte (201) auf deren zur Luftkammer (18) weisenden Seite ist.
11. Pneumatisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das SMA-Element (7) durch eine Abschirmwand (13) geführt ist, welche einen Teilabschnitt des SMA-Elements (7) von dem jeweiligen Luftanschluss (3, 3') abschirmt, wobei die Abschirmwand (13) vorzugsweise an der Ventilklappe (8) oder an dem Ventilgehäuse (2) befestigt ist.
12. Pneumatisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Blattfeder (10) ein leitfähiger Abschnitt (lOe) ausgebildet ist, der beim Erreichen einer Endposition der Ventilklappe (8) bei Zufuhr des
elektrischen Heizstroms einen Teilabschnitt des SMA-Elements (7) elektrisch überbrückt.
13. Pneumatisches Ventil nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Ven¬ tilgehäuses (2) ein nicht-steuerbarer Luftanschluss (4) liegt und das Ventil (1) zwei Luftanschlüsse (3, 3') umfasst, welche zu dem zumindest einen Teil der Luftanschlüsse mit Ventilklappe (8) gehören, wobei die zwei Luftanschlüsse (3, 3') an dem Ende des Ventilgehäuses (2) angeordnet sind, an dem der
nicht-steuerbare Luftanschluss (4) liegt, oder wobei einer der zwei Luftanschlüsse (3' ) an dem Ende des Ventilgehäuses (2) angeordnet ist, an dem der nicht-steuerbare Luftanschluss (4) liegt, und der andere der zwei Luftanschlüsse (3) an einem zu diesem Ende entgegengesetzten Ende des Ventilgehäuses (2) angeordnet ist.
14. Pneumatisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Ventil (1) zum Befüllen und/oder Entleeren zumindest einer elastischen Luftblase in einer Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Sitzes in einem Verkehrsmittel vorgesehen ist.
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