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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit einem Ventil mit einem Ventilgehäuse, welches einen Ventilraum umschließt und zumindest eine Ventilöffnung aufweist. Zur Betätigung eines solchen Ventils ist innerhalb des Ventilraumes ein Stellelement angeordnet, welches zwischen einer Schließstellung zum Verschließen der Ventilöffnung und einer Öffnungsstellung zur Freigabe der Ventilöffnung bewegbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Pumpe mit einer Ventilanordnung.
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Die Bewegung des Stellelementes zwischen der Öffnungs- und der Schließstellung kann mithilfe von Formgedächtnislegierungen (Shape Memory Alloys, SMA), beispielsweise in Form von Drähten, erfolgen. Dabei handelt es sich um Legierungen, die abhängig von ihrer Temperatur in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen existieren können. Bei Raumtemperatur liegt ein martensitisches Gefüge mit einem tetragonal-raumzentrierten Gitter vor, das sich ab einer Umwandlungstemperatur von etwa 100°C in ein austenitisches Gefüge mit einem kubisch-flächenzentriertem Gitter umwandelt. Ein Draht aus einer solchen Formgedächtnislegierung hat daher die Eigenschaft, dass er sich aufgrund der Gitterumwandlung von einer Martensitin eine Austenitstruktur bei Erwärmung über die Umwandlungstemperatur verkürzt. Um das SMA-Element zu erwärmen, wird dieses üblicherweise mit Strom beaufschlagt, wodurch es sich verkürzt und somit das Stellelement bewegen kann.
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Aus
DE 10 2005 060 217 ist beispielsweise ein Ventil mit einem einen Druckraum umschließenden Ventilgehäuse bekannt, wobei innerhalb des Druckraumes ein Stößel zum Öffnen und Schließen einer Ventilöffnung angeordnet ist. Der Stößel wird dabei zum Öffnen der Ventilöffnung von einem SMA-Element betätigt, welches elektrisch mit einer innerhalb des Ventilgehäuses angeordneten Leiterplatte verbunden ist, um mit Strom beaufschlagt werden zu können. Das SMA-Element ist innerhalb des Druckraumes angeordnet und daher direkt dem Volumenstrom des Ventils, also der durch die Ventilöffnungen in den Druckraum ein- oder ausströmenden Luft ausgesetzt. Dabei erstreckt sich das SMA-Element beidseitig des Stößels, so dass es eine V-Form aufweist.
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Aus der
DE 10 2012 222 570 A1 ist ein Ventil mit einem eine Blattfeder umfassendem Stellelement bekannt. Das Stellelement wird mit einem gestreckt ausgestalteten SMA-Element betätigt.
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Ein solches Ventil bzw. eine Ventilanordnung kann zum Befüllen von Medienspeichern z. B. Fluidblasen, insbesondere Luftblasen bzw. Luftkissen, im Bereich von Automobilsitzen eingesetzt werden. Die bekannten Ventile mit nur einem Stellglied können entweder zum Befüllen oder zum Entleeren der Blase verwendet werden. Sie sind nicht einzeln dazu geeignet, einen Druck in der Blase zu halten. Hierzu ist mit den bekannten Ventilen eine Kombination aus zwei Ventilen notwendig. Diese Ventilanordnungen aus zwei Ventilen weisen eine große Baugröße auf.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ventilanordnung sowie eine Pumpe mit einer solchen Ventilanordnung anzugeben, welche hinsichtlich der genannten Nachteile verbessert ist.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung umfasst ein Gehäuse mit einem Pumpenanschluss und einem Verbraucheranschluss, und umfasst weiterhin einen ersten Aktor und einen zweiten Aktor,
wobei jeder der Aktoren umfasst:
- - eine Grundplatte,
- - ein Stellelement mit einem Dichtelement in einem ersten Endabschnitt des Stellelements
- - ein Anschlusselement und
- - ein SMA-Element, welches vorzugsweise U-förmig angeordnet ist, wobei das Stellelement mit der Grundplatte zumindest teilweise überlagert ist und damit im zweiten Endabschnitt des Stellelements verbunden ist,
wobei das Anschlusselement mit zwei Stellen des SMA-Elements leitend verbunden ist,
wobei das SMA-Element in einem mittleren Abschnitt mit dem Stellelement im ersten Endabschnitt so verbunden ist, insbesondere klemmend befestigt ist, dass ein Verkürzen des SMA-Elements einen Hub des Dichtelements bewirkt,
wobei der erste und der zweite Aktor spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind.
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Das SMA-Element ist ein Band- oder Draht-förmiges Element aus einer Formgedächtnis-Legierung.
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Unter spiegelsymmetrisch angeordnet ist insbesondere zu verstehen, dass die Stellelemente spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind.
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Das SMA-Element ist insbesondere U-förmig angeordnet. Somit wird die Baugröße gegenüber einer bekannten V-förmigen Anordnung nahezu halbiert. Das SMA-Element kann U-förmig mit einem U-Bogen sein. Alternativ kann es z. B. auch aus zwei Teilstücken bestehen, die im Wesentlichen einer U-Form ohne U-Bogen entsprechen. Im letzteren Fall ist unter dem mittleren Abschnitt ein dritter und vierter Endabschnitt zu verstehen, der bei einer U-Form mit dem U-Bogen verbunden wäre. Zur Befestigung des SMA-Elementes können insbesondere im ersten Abschnitt des Stellelementes Vorsprünge vorgesehen sein, um die sich das SMA-Element erstreckt, bzw. an denen der dritte und vierte Endabschnitt befestigt ist.
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In Ausgestaltung umfasst das Gehäuse ein Zwischengehäuse, welches das Gehäuse in einen Eingangs- und einen Ausgangstrakt unterteilt, wobei in dem Zwischengehäuse ein Kanal von dem Eingangs- zum Ausgangstrakt ausgebildet ist, der mit dem Verbraucheranschluss fluidverbunden ist, wobei der erste Aktor mit einem ersten Ende des Kanals ein Eingangsventil bildet und der zweite Aktor mit dem gegenüberliegenden zweiten Ende des Kanals ein Ausgangsventil bildet. In dieser Ausgestaltung bildet der erste Aktor ein Eingangsventil durch den die Luft zu einem Verbraucheranschluss zum Beispiel zum Befüllen einer Blase eingelassen werden kann, der zweite Aktor bildet ein Ausgangsventil, um die Blase zu entlüften. Wenn Eingangs- und Ausgangsventil geschlossen sind, wird eine Druckhaltefunktion erzielt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Stellelement des ersten und/oder des zweiten Aktors vorzugsweise als Stanzbiegeteil stufenförmig ausgestaltet, und/oder die Grundplatte bildet einen Anschlag für das Stellelement.
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Zweckmäßigerweise weist das Stellelement vorzugsweise im ersten Endabschnitt ein Durchloch auf, und das Dichtelement, erstreckt sich durch das Durchloch, und ist insbesondere formschlüssig darin befestigt.
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In einer Ausgestaltung umfasst das Anschlusselement eine Leiterplatte oder eine Platine oder mit einer Kunststoffplatte verbundene Leiterbahnen oder ein Stanzgitter. In einer ersten Alternative ist das SMA-Element in dem mittleren Abschnitt über das Stellelement, welches leitend ausgebildet ist, mit dem Anschlusselement als erstem Kontakt verbunden und über ersten und zweiten Ende des SMA-Elementes mit einem zweiten Kontakt des Anschlusselements leitend verbunden. Weiterhin können SMA-Elemente benachbarter Aktoren als ein einstückiges SMA-Element ausgeführt sein. In dieser Ausgestaltung kann ein durchgehender Massekontakt vorhanden sein, der z.B. auch mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Aktoren verbunden ist. In einer zweiten Alternative ist das Stellelement nicht-leitend mit dem SMA-Element verbunden und jedes aus erstem und zweitem Ende des SMA-Elementes mit je einem aus ersten und zweitem Kontakt leitend verbunden. In dieser Ausgestaltung kann das Stellelement aus einem nicht-leitenden Material hergestellt sein. Bei einer Anordnung von mehreren Aktoren nebeneinander ist es möglich, dass jeweils zwei SMA-Elementenden benachbarter Aktoren sich einen Kontakt teilen.
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Die Grundplatte kann Verbinder, insbesondere Einpressstifte, Lötcrimpe oder Klammern zum Fixieren der Leiterplatte umfassen.
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In bevorzugter Ausgestaltung sind die Leiterplatte und die Grundplatte auf gegenüberliegenden Seiten des Stellelements angeordnet.
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Weiterhin kann das Stellelement im ersten Endabschnitt eine sich senkrecht zum Stellelement erstreckende Seitenwand aufweisen, die das SMA-Element gegen eine Luftströmung abschirmt. Die Seitenwand ist insbesondere im ersten Abschnitt des Stellelementes zumindest abschnittsweise umlaufend angeordnet.
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Zweckmäßigerweise ist das SMA-Element an einem vom ersten Ende des Stellelements abgewandten Bereich an der Leiterplatte befestigt, insbesondere durch Crimpung befestigt ist, wobei das SMA-Element vorzugsweise vor der Befestigung umgelenkt wird.
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Das Stellelement ist vorzugsweise als Biegefeder ausgestaltet, welche drehfest mit der Grundplatte verbunden ist oder das Stellelement ein Hebelelement aus einem biegefesten Material ist, welches schwenkbar mit der Grundplatte verbunden ist.
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In Ausgestaltung des Stellelements als Biegefeder weist die Biegefeder an dem ersten Endabschnitt einen biegefesten Bereich und einen mittleren elastischen Bereich auf, wobei der elastische Bereich vorzugsweise zumindest teilweise zwischen Leiterplatte und Grundplatte angeordnet ist und/oder der elastische Bereich vorgespannt ist.
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In Ausgestaltung des Stellelements als Hebelelement wird das Hebelelement zweckmäßigerweise mit einer Federkraft zurückgestellt, wobei vorzugsweise die Federkraft durch eine Blattfeder oder Schraubenfeder, die gegen die Leiterplatte oder das Ventilgehäuse wirkt, erzeugt wird.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Ventilanordnung zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, erste und zweite Aktoren, welche insbesondere nebeneinander angeordnet sind.
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Die erfindungsgemäße Pumpe ist eine Pumpe für eine Sitzkomfortfunktion und umfasst eine erfindungsgemäße Ventilanordnung.
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Dabei sind zweckmäßigerweise mehrere, insbesondere drei Ventilanordnungen nebeneinander angeordnet.
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Zweckmäßigerweise ist die Pumpe in einem Gehäuse aufgenommen, welches fest mit einem Ventilgehäuse verbunden ist, wobei ein Deckel des Ventilgehäuses elektrische und pneumatische Anschlüsse aufweist, wobei in dem Gehäuse eine Leiterplatte mit montierten Aktorbaueinheiten aufgenommen ist.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 Schnittdarstellung einer Ventilanordnung,
- 2A eine Schnittdarstellung eines Aktors gemäß einer ersten Ausgestaltung in Schließstellung,
- 2B eine Schnittdarstellung eines Aktors gemäß einer zweiten Ausgestaltung,
- 2C eine Schnittdarstellung eines Aktors gemäß einer dritten Ausgestaltung,
- 2D eine Schnittdarstellung eines Aktors gemäß einer vierten Ausgestaltung,
- 3 Pumpe mit der Ventilanordnung und
- 4 Pumpe mit der Ventilanordnung als Explosionsdarstellung.
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1 zeigt eine Ventilanordnung 100. Die Ventilanordnung 100 ist in einem Gehäuse 104 aufgenommen, welches einen Gehäusedeckel 106 und einen Gehäuseboden 110 umfasst. Im Gehäuseboden 110 ist ein Druckanschluss 170 aufgenommen. Das Gehäuse 104 weist ferner ein Zwischengehäuse 108 auf. Eine Öffnung 32 zur Atmosphäre ist hier um einen Verbraucheranschluss 130 angeordnet.
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In dem Gehäuse 104 sind zwei Ventilelemente 2a, 2b aufgenommen. Die Ventilelemente 2a, 2b umfassen jeweils ein Stellelement 16, 16', welche auf einer Grundplatte 17, 17' angeordnet sind. Zur Betätigung eines der Ventilelemente 2a, 2b wird das jeweilige SMA-Element 18, 18' durch Anlegen eines Stroms verkürzt und das Dichtelement 42, 42' wird aus einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung gebracht. Die Leiterplatten 22, 22' sind jeweils platzsparend zwischen dem Stellelement 16, 16' und dem SMA-Element 18, 18' angeordnet.
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Die Ventilöffnungen 14, 14' sind durch einen Kanal 109 miteinander verbunden, der in dem Zwischengehäuse 108 angeordnet ist. Vom Kanal 109 erstreckt sich der Verbraucheranschluss 130.
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Das Ventilelement 2b ist als Eingangsventil konfiguriert. Um eine am Verbraucheranschluss 130 angeschlossene Blase zu befüllen, wird Druckluft, welche durch den Druckanschluss 170 in das Gehäuse 104 gelangt, aus einem Ventilraum 12' durch die Ventilöffnung 14' in den Kanal 109 eingeleitet. Dazu ist das Stellelement 16' mit dem Dichtelement 42' in einer Öffnungsstellung. Das Stellelement 16 des Ventilelements 2a ist dabei in einer Schließstellung.
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Sind beide Ventilelemente 2a und 2b geschlossen, wird der Druck in einer am Verbraucheranschluss 130 angeschlossenen Blase gehalten.
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Soll die Blase entleert werden, bleibt das Ventilelement 2b in der Schließstellung und das Ventilelement 2a wird geöffnet, in dem das Stellelement 16 mit dem Dichtelement 42 in eine Öffnungsstellung gebracht wird. Die Luft kann aus dem Ventilraum 12 durch die Öffnung 32 in die Atomsphäre ausgeleitet werden.
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2A zeigt eine Schnittdarstellung eines Aktors nach einer ersten Ausgestaltung. Der Aktor umfasst ein Stellelement 16, welches auf einer Grundplatte 17 angeordnet und mit dieser verbunden ist. Das Stellelement ist in dem zweiten Endabschnitt 16b flächig mit der Grundplatte 17 verbunden.
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Das Stellelement 16 weist einen ersten Endabschnitt 16a und den zweiten Endabschnitt 16b auf. Zwischen den beiden Endabschnitten 16a und 16b erstreckt sich ein mittlerer Abschnitt des Stellelements 16c, in welchem das Stellelement 16 stufenförmig gebogen ist und welcher einen elastischen Abschnitt 16d umfasst. Der elastische Abschnitt 16d ist oberhalb der Grundplatte 17 angeordnet. Der elastische Abschnitt 16d und die Grundplatte 17 sind allerdings so zueinander angeordnet, dass sich der elastische Abschnitt 16d biegen kann. Eine Biegung des elastischen Abschnitts 16d wird durch einen Anschlag des Stellelements 16 in einem Anschlagsbereich des Stellelements 16f begrenzt. Durch Biegen des elastischen Abschnitt 16d und Montage auf der Grundplatte 17 kann insbesondere eine Vorspannung erzielt werden.
Im ersten Endabschnitt des Stellelements 16a ist ein Dichtelement 42 zum Schließen und Freigeben einer Ventilöffnung 14 angeordnet. Der erste Endabschnitt des Stellelements 16a weist dazu ein Durchloch 19, z.B. eine Bohrung, auf, indem das Dichtelement 42 formschlüssig angeordnet ist.
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Der erste Endabschnitt des Stellelements 16a weist weiterhin Seitenwände 16e auf, welche sich zumindest abschnittsweise umlaufend senkrecht von dem ersten Endabschnitt des Stellelements 16a erstrecken.
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Die Grundplatte 17 weist Verbinder 17a zum Verbinden einer Leiterplatte 22 auf. Die Leiterplatte 22 wird mit den Verbindern 17a auf einer gegenüberliegenden Seite des Stellelements 16 angeordnet. Die Verbinder 17a sind hier als Einpresspinne ausgestaltet.
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An einer vom ersten Endabschnitt des Stellelements 16a abgewandten Seite der Leiterplatte 22, der Rückseite der Leiterplatte 22c, ist eine Klammer angeordnet, die einen Crimpverbinder 44 umfasst. Der Crimpverbinder 44 weist eine Aufnahme 46 auf. Mittels zweier parallel nebeneinander angeordneter Crimpverbinder 44 wird ein SMA-Element an einem ersten Ende 18a und einem zweiten Ende 18b gehalten. Das SMA-Element 18 erstreckt sich von dem Crimpverbinder 44 U-förmig zum ersten Endabschnitt 16a des Stellelements. Das SMA-Element 18 ist mit einem mittleren Abschnitt des SMA-Elements 18c mit dem ersten Endabschnitt 16a so verbunden, dass eine Verkürzung des SMA-Elements 18 einen Hub des Stellelements 16 von einer Schließstellung, vgl. 2A in eine Öffnungsstellung bewirkt. Der Crimpverbinder 44 ist in dieser Ausgestaltung zweckmäßigerweise als Massekontakt für das SMA-Element 18, insbesondere für beide Enden 18a, 18b, ausgestaltet. Das SMA-Element 18 ist in einem mittleren Abschnitt 18c über das Stellelement 16, insbesondere über einen Vorsprung 16g des Stellelements, mit der Leiterplatte 22 als zweitem Kontakt kontaktiert.
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2B zeigt eine Schnittdarstellung eines Aktors in einer zweiten Ausgestaltung. Das Stellelement 16 ist in dieser Ausgestaltung starr ausgeführt. Die Grundplatte 17 und das Stellelement 16 sind an einem zweiten Endabschnitt 16b des Stellelements über eine Scharnier 23a miteinander verbunden. Die Position des Scharniers 23a auf der Grundplatte 17 kann unter oder benachbart zur Leiterplatte 22 angeordnet sein. Wenn die Position des Scharniers 23a benachbart zur Leiterplatte 22 ist, weist das Stellelement 16 zweckmäßigerweise nur einen Winkel auf. Zum Rückstellen des Stellelements in eine Schließstellung ist ein Rückstellelement 20 in der gezeigten Ausführungsform als Blattfeder vorgesehen, wobei die Blattfeder gegen eine Unterseite 22b der Leiterplatte drückt. Das Rückstellelement 20 kann einstückig mit dem Stellelement 16 ausgeführt sein. In dieser Ausgestaltung ist das SMA-Element 18 zweckmäßigerweise mit einem ersten Ende 18a mit einem ersten Kontakt im Bereich des Crimpverbinders 44 und mit einem zweiten Ende 18b mit einem zweiten Kontakt im Bereich des Crimpverbinders 44 leitend verbunden.
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2C zeigt eine dritte Ausgestaltung des Aktors. In der dritten Ausgestaltung ist das Rückstellelement 20 durch ein Rückstellelement 21 ersetzt. Das Rückstellelement 21 ist als Spiralfeder ausgestaltet, die zweckmäßigerweise gegen eine Ventilgehäusewand wirkt. Alternative Positionen oder Federausgestaltungen sind zum Rückstellen des Stellelements möglich.
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2D zeigt eine Schnittdarstellung eines Aktors in einer vierten Ausgestaltung. Die vierte Ausgestaltung unterscheidet sich von der zweiten und dritten Ausgestaltung darin, dass das Stellelement 16 in einem zweiten Endabschnitt 16b mit der Grundplatte über ein Lager 23b verbunden ist. Das Lager 23b kann insbesondere als Winkel oder Kerbe ausgestaltet sein, in der der zweite Endabschnitt 16b des Stellelements aufgenommen wird, wobei wie in der zweiten Ausgestaltung die Länge des zweiten Endabschnitts des Stellelements und somit die Position des Lagers 23b entlang der Grundplatte 17 verschieden ausgestaltet sein kann. In der vierten Ausgestaltung ist entweder ein Rückstellelement 20 oder ein Rückstellelement 21 vorgesehen.
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3 und 4 zeigen eine Pumpenvorrichtung 200 für eine Lordosefunktion eines Fahrzeugsitzes. 3 zeigt eine Außenansicht, in der ein Pumpengehäuse 202 mit einem Ventilgehäuse 104 verbunden ist. Das Pumpengehäuse 202 umschließt eine Pumpe. Das Ventilgehäuse 104 weist hier drei Verbraucheranschlüsse 130 sowie einen Elektronikbereich 186 auf. Ein Querschnitt des Pumpengehäuses 202 und des Ventilgehäuses 104 ist aufeinander abgestimmt.
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In 4 ist eine Explosionsdarstellung der Pumpenvorrichtung aus 3 zu sehen. Auf das Pumpengehäuse 202 ist der Gehäuseboden 110 der Ventilanordnung 100 aufgesetzt. Der Gehäuseboden weist zentral einen Druckanschluss 170 auf. Mit einem Zwischengehäuse 108 sind auf beiden Seiten Leiterplatten 122 mit Steckverbindern 168 und je drei Stellelementen 116 je als Baueinheit verbunden. In dem Zwischengehäuse sind drei Verbraucheranschlüsse 130 angeordnet. Jeweils zwei sich gegenüberliegende Stellelemente 116 bilden ein Paar aus einem Ausgangs- und einem Eingangsventil und sind mit einem Verbraucheranschluss 130 verbunden. Das Zwischengehäuse 108 wird weiterhin mit dem Gehäusedeckel 106 verbunden. Der Gehäusedeckel 106 weist auch einen Elektronikbereich 186 auf, durch den die Steckverbinder 168 angeschlossen werden können. Mit der erfindungsgemäßen Pumpe lassen sich zum Beispiel drei Blasen für eine Lordosestütze eines Fahrzeugssitzes einzeln befüllen bzw. entlüften.
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Bezugszeichenliste
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- 2a, 2b
- Ventil
- 12, 12'
- Ventilraum
- 14, 14'
- Ventilöffnung
- 15,15'
- Anschlusselement
- 16, 16'
- Stellelement
- 16a
- erster Endabschnitt des Stellelementes
- 16b
- zweiter Endabschnitt des Stellelementes
- 16c
- mittlerer Abschnitt des Stellelements
- 16d
- elastischer Abschnitt des Stellelements
- 16e
- Seitenwände des Stellelements
- 16f
- Anschlagsbereich des Stellelements
- 16g
- Vorsprung
- 16h
- Klemmvorrichtung
- 17
- Grundplatte
- 17a
- Verbinder
- 18, 18'
- SMA-Element
- 18a
- erstes Ende des SMA-Elementes
- 18b
- zweites Ende des SMA-Elementes
- 18c
- mittlerer Abschnitt des SMA-Elementes
- 19
- Durchloch
- 20
- erstes Rückstellelement
- 21
- zweites Rückstellelement
- 22, 22',122
- Leiterplatte
- 22a
- Oberseite der Leiterplatte
- 22b
- Unterseite der Leiterplatte
- 22c
- Rückseite der Leiterplatte
- 23a
- Scharnier
- 23b
- Lager
- 32
- Öffnung
- 42, 42'
- Dichtelement
- 44
- Crimpverbinder
- 46
- Aufnahme des Crimpverbinders
- 100
- Ventilanordnung
- 104
- Gehäuse
- 106
- Gehäusedeckel
- 108
- Zwischengehäuse
- 109
- Kanal
- 110
- Gehäuseboden
- 116
- Stellelement
- 130
- Verbraucheranschluss
- 168
- Steckverbinder
- 170
- Druckanschluss
- 186
- Elektronikbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005060217 [0003]
- DE 102012222570 A1 [0004]
- US 2007023089 [0005]
- US 2016363230 A1 [0005]
