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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatoreinheit für ein Ventil, insbesondere eine Aktuatoreinheit zum Öffnen und/oder Schließen einer Ventilöffnung eines Ventils für eine pneumatische Verstelleinrichtung eines Fahrzeugsitzes. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Ventil mit einer derartigen Aktuatoreinheit, eine Ventilbaugruppe mit einem derartigen Ventil sowie eine Verstellvorrichtung mit einem derartigen Ventil.
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In modernen Fahrzeugsitzen befinden sich mit einem Druckmittel, insbesondere mit einem gasförmigen Druckmittel, wie Druckluft, befüllbare Fluidkammern bzw. Fluidblasen als Stellelemente im Bereich der Sitzfläche bzw. Sitzlehne (zusammen auch als Sitzanlagefläche bezeichnet). Derartige Fluidkammern können über eine jeweilige Druckmittelleitung mit dem Druckmittel versorgt werden. Durch das Befüllen bzw. Entleeren einer jeweiligen Fluidkammer mit Druckmittel wird deren Volumen vergrößert bzw. verkleinert, sodass die Eigenschaften der Sitzanlagefläche, insbesondere deren Kontur, verändert werden können. Zur Befüllung der jeweiligen Fluidkammer mit Druckmittel wird das Druckmittel zunächst von einer Druckmittelquelle beispielsweise von einem Kompressor bzw. einer Verdichtereinheit erzeugt und über ein geeignetes Ventil zu einer jeweiligen Fluidkammer gesteuert geführt.
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Um derartige Ventile betätigen zu können, werden üblicherweise Aktuatoreinheiten verwendet, die eine Ventilöffnung des Ventils öffnen bzw. schließen. Derartige Aktuatoreinheiten benötigen allerdings einen gewissen Bauraum, der aufgrund der modernen Fahrzeugtechnik (elektrische Verstellung der Fahrzeugsitze, Sicherheitseinrichtungen, etc.) jedoch häufig limitiert ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine möglichst kompakte Aktuatoreinheit zum Öffnen und/oder Schließen einer Ventilöffnung eines Ventils, insbesondere eines Ventils für eine pneumatische Verstelleinrichtung eines Fahrzeugsitzes, bereitzustellen. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil mit einer derartigen Aktuatoreinheit, eine Ventilbaugruppe mit einem derartigen Ventil, sowie eine Verstellvorrichtung zum Verstellen einer Kontur einer Sitzanlagefläche eines Fahrzeugsitzes mit einem derartigen Ventil bereitzustellen.
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Diese Aufgaben werden durch eine Aktuatoreinheit gemäß dem Patentanspruch 1, ein Ventil gemäß dem Patentanspruch 11, eine Ventilbaugruppe gemäß dem Patentanspruch 13 und eine Verstellvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aktuatoreinheit zum Öffnen und/oder Schließen einer Ventilöffnung eines Ventils für eine pneumatische Verstelleinrichtung eines Fahrzeugsitzes geschaffen. Die Aktuatoreinheit umfasst eine Leiterplatte, die eine Oberseite aufweist, die sich in einer Leiterplattenebene erstreckt. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt die Bezeichnung „Leiterplatte“ einen Träger für elektronische Bauteile, der zur mechanischen Befestigung und elektrischen Anbindung der elektronischen Bauteile dient. Im Rahmen dieser Offenbarung bezeichnet der Begriff „Leiterplattenebene“ eine Erstreckungsebene der Leiterplatte. Die erfindungsgemäße Aktuatoreinheit umfasst weiter ein Betätigungselement, das einen Betätigungsabschnitt zum Öffnen und/oder Schließen der Ventilöffnung und einen mit dem Betätigungsabschnitt verbundenen Biegeabschnitt aufweist. Der Biegeabschnitt macht das Betätigungselement biegsam. Beispielsweise weist der Biegeabschnitt einen (virtuellen) Drehpunkt auf, um den der Betätigungsabschnitt drehbar ist. Ferner umfasst die Aktuatoreinheit ein Aktuatorelement, das ein erstes Ende, das mechanisch mit dem Betätigungsabschnitt verbunden ist, und ein zweites Ende, das mechanisch mit der Leiterplatte verbunden ist, aufweist. Das Aktuatorelement ist ferner dazu ausgebildet, bei Betätigung bzw. entsprechender Ansteuerung des Aktuatorelements den Biegeabschnitt derart zu biegen, dass der Betätigungsabschnitt zwischen einer ersten Stellung zum Öffnen der Ventilöffnung und einer zweiten Stellung zum Schließen der Ventilöffnung bewegt wird. Erfindungsgemäß ist der Betätigungsabschnitt der Aktuatoreinheit auf einer ersten Seite bezüglich der Leiterplattenebene angeordnet und ist der Biegeabschnitt der Aktuatoreinheit auf einer zu der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite bezüglich der Leiterplattenebene angeordnet.
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Da in der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit der Betätigungsabschnitt, der zum Öffnen und/oder Schließen der Ventilöffnung ausgebildet ist, und der Biegeabschnitt, der letztlich die Bewegung/Drehung des Betätigungsabschnitts ermöglicht, auf gegenüberliegenden Seiten bezüglich der Leiterplattenebene angeordnet sind, verringert sich einerseits die Bauhöhe der Aktuatoreinheit, wodurch eine platzsparende Aktuatoreinheit sowie ein platzsparendes Ventil mit einer derartigen Aktuatoreinheit geschaffen werden kann. Indem ferner der Biegeabschnitt und der Betätigungsabschnitt auf gegenüberliegenden Seiten bzgl. der Leiterplatteebene angeordnet sind, kann andererseits bei vergleichsweise geringer Bauhöhe eine hohe Hebelwirkung für das Aktuatorelement erreicht werden. Dadurch wird trotz geringer Bauhöhe der Aktuatoreinheit eine vergleichsweise hohe Aktuatorkraft/Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Ventilöffnung erzeugt.
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Die erfindungsgemäße Aktuatoreinheit beruht auf der Idee, einerseits die Bauhöhe der Aktuatoreinheit dadurch zu minimieren, dass das Betätigungselement der Aktuatoreinheit teilweise unterhalb und teilweise oberhalb der Leiterplattenebene angeordnet ist. Andererseits wird die Aktuatorkraft zum Öffnen und/oder Schließen der Ventilöffnung dadurch erhöht, dass der Betätigungsabschnitt und der Biegeabschnitt auf gegenüberliegenden Seiten bzgl. der Leitplattenebene angeordnet sind. Durch diese Anordnung kann ein vergleichsweiser großer Hebel (Abstand zwischen Betätigungsabschnitt und Biegeabschnitt gemessen in einer Richtung senkrecht zur Leiterplattenebene) geschaffen werden, der zu einer vergleichsweisen großen Hebelübersetzung bei minimiertem Platzbedarf führt.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit weist das Aktuatorelement ein Formgedächtnislegierungselement auf, das durch Beaufschlagen des Formgedächtnislegierungselements mit elektrischer Leistung verformbar ist, wobei das erste Ende des Formgedächtnislegierungselements elektrisch und mechanisch mit dem Betätigungsabschnitt und das zweite Ende des Formgedächtnislegierungselements elektrisch und mechanisch mit der Leiterplatte verbunden ist. Indem das Aktuatorelement als Formgedächtnislegierungselement ausgebildet ist, kann die Bauhöhe der Aktuatoreinheit weiter reduziert werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Aktuatorelement bzw. das Formgedächtnislegierungselement ausschließlich bzw. nur auf der ersten Seite bezüglich der Leiterplattenebene und damit auf der Seite des Betätigungsabschnitts angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das Aktuatorelement bzw. Formgedächtnislegierungselement auf einfache Weise montiert werden kann. Insbesondere kann das Aktuator- bzw. Formgedächtnislegierungselement von einer Seite der aus Betätigungselement, Leiterplatte und Zwischenelement bestehenden Teilbaugruppe auf dieser montiert werden, ohne dass die Teilbaugruppe dabei gewendet werden müsste.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Betätigungselement ferner einen Leiterplattenbefestigungsabschnitt auf, der auf der zweiten Seite bezüglich der Leiterplattenebene und damit auf der Seite des Biegeabschnitts angeordnet ist. Diese Ausgestaltung zeichnet sich durch eine besonders vereinfachte Montage aus, da die Leiterplatte direkt auf den Leiterplattenbefestigungsabschnitt des Betätigungselements montiert werden kann. Der Leiterplattenbefestigungsabschnitt ist dabei vorzugsweise elektrisch und mechanisch mit der Leiterplatte verbunden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Betätigungselement ferner einen Endlagenkontaktierungsabschnitt auf, der bei Kontaktierung mit der Leiterplatte eine Endlage des Betätigungsabschnitts angibt, wobei der Endlagenkontaktierungsabschnitt auf der zweiten Seite bezüglich der Leiterplattenebene und damit auf der Seite des Biegeabschnitts angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass zunächst das Biegeelement und dann die Leiterplatte auf dem Zwischenelement jeweils durch eine einfache geradlinige Fügebewegung montiert werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Biegeabschnitt dazu eingerichtet, ohne Betätigung durch das Aktuatorelement den Betätigungsabschnitt in der ersten Stellung zum Öffnen der Ventilöffnung oder in der zweiten Stellung zum Schließen der Ventilöffnung vorzuspannen. In dieser Ausgestaltung hat der Biegeabschnitt nicht nur eine Biegefunktion, sondern auch eine Rückstellfunktion, sodass sich eine normal-offene oder normal-geschlossene Aktuatoreinheit mit geringer Bauhöhe realisieren lässt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Biegeabschnitt im Vergleich zum restlichen Betätigungselement drehweich (bspw. durch eine im Biegeabschnitt vorhandene geringere Dicke oder Ausnehmung) ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Aktuatoreinheit ferner ein Stößelelement auf, das zum dichtenden Anliegen an einem Ventilsitz der Ventilöffnung ausgebildet ist, wobei das Stößelelement mit dem Betätigungsabschnitt mechanisch koppelbar ist (beispielsweise in Form eines Loslagers) und derart angeordnet ist, dass eine Längserstreckungsrichtung des Stößelelements die Leiterplattenebene durchdringt bzw. die Leiterplattenebene schneidet. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist dabei die Längserstreckungsrichtung des Stößelelements im Wesentlichen (unter Berücksichtigung von Fehlertoleranzen bei der Herstellung bzw. bei der Montage) senkrecht zur Leiterplattenebene. Durch diese besonders bevorzugte Ausgestaltung wird eine im Wesentlichen 90°-Umlenkung zwischen einem beispielsweise horizontal verlaufenden Kraftfluss des Aktuatorelements, das seinerseits den Betätigungsabschnitt betätigt, und einem beispielsweise vertikal verlaufenden Stößelelement, das letztlich die Ventilöffnung öffnet bzw. schließt, erreicht. Die 90°-Umlenkung vereint damit eine besonders geringe Bauhöhe mit einer besonders effektiven Umlenkung des Kraftflusses bei gleichzeitig ausreichend großer Hebelübersetzung.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ragt der Betätigungsabschnitt über einen seitlichen Rand der Leiterplatte (betrachtet in Längserstreckungsrichtung der Leiterplattenebene) hinaus. Alternativ kann die Leiterplatte im Bereich des Betätigungsabschnitts eine Aussparung aufweisen. In diesen Ausgestaltungen sind der Betätigungsabschnitt und die Leiterplatte in Erstreckungsrichtung der Leiterplattenebene nebeneinander angeordnet, wodurch die Aktuatoreinheit eine noch kompaktere Bauform aufweist und zusätzlich Material bei der Herstellung der Leiterplatte eingespart werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Betätigungsabschnitt ferner einen Strömungsführungsabschnitt auf, der eine aus der Ventilöffnung ausströmende Strömung von dem Aktuatorelement wegleitet. Ein derartiger Strömungsführungsabschnitt kann beispielsweise als Strömungskante in Form eines abgeschrägten Seitenrands des Betätigungsabschnitts ausgebildet sein. Der Vorteil bei dieser Ausgestaltung besteht darin, dass insbesondere bei der Verwendung eines temperaturempfindlichen Aktuatorelements wie beispielsweise einem Formgedächtnislegierungselement, die aus der Ventilöffnung ausströmende Strömung keinen oder nahezu keinen unerwünschten Temperatureinfluss auf das Aktuatorelement nimmt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ventil für eine pneumatische Verstelleinrichtung eines Fahrzeugsitzes geschaffen. Das Ventil umfasst ein Ventilgehäuse, das eine Ventilkammer mit einer Ventilöffnung definiert, sowie eine Aktuatoreinheit gemäß dem ersten Aspekt bzw. Ausgestaltungen davon. Mit dem erfindungsgemäßen Ventil wird ein besonders kompaktes Ventil, das sich durch eine geringe Bauhöhe und einer großen Hebelwirkung auszeichnet, geschaffen.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Ventils unterteilt die Ventilöffnung die Ventilkammer in einen ersten Bereich, der mit einer Umgebung des Ventils fluidmäßig verbunden ist, und in einen zweiten Bereich, der mit einer Fluidquelle des Ventils fluidmäßig verbunden ist. Bei dem erfindungsgemäßen Ventil befindet sich die Aktuatoreinheit im ersten Bereich, d. h. in dem mit der Umgebung des Ventils fluidmäßig verbundenen Bereich und damit nicht in dem mit Druck beaufschlagten zweiten Bereich der Ventilkammer. Dies hat den Vorteil, dass keine luftdichten Durchführungen von elektrischen Leitungen bzw. Leiterbahnen für das Aktuatorelement erforderlich sind. Zudem sind die Aktuatoreinheit und die Leiterplatte nicht der infolge des Überdrucks auftretenden erhöhten relativen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. So kann ein Einfluss von unter Umständen auftretenden Kondensationseffekten auf das Aktuatorelement und/oder die Leiterplatte vermieden werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ventilbaugruppe für eine pneumatische Verstelleinrichtung eines Fahrzeugsitzes geschaffen. Die Ventilbaugruppe umfasst ein erstes Ventil gemäß dem zweiten Aspekt bzw. Ausgestaltungen davon sowie ein zweites Ventil gemäß dem zweiten Aspekt bzw. Ausgestaltungen davon, wobei das Betätigungselement des ersten Ventils und das Betätigungselement des zweiten Ventils gemeinsam bzw. zusammen einstückig in Form einer einstückigen Betätigungselementbaugruppe ausgebildet sind. Die erfindungsgemäße Ventilbaugruppe zeichnet sich aufgrund der Ventile gemäß dem ersten Aspekt bzw. Ausgestaltungen davon nicht nur durch eine besonders geringe Bauhöhe aus. Zusätzlich können durch die Verwendung einer Betätigungselementbaugruppe Material und Zeit bei der Herstellung der Ventilbaugruppe eingespart werden.
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Gemäß einem vierten Aspekt wird schließlich eine Verstellvorrichtung, insbesondere pneumatische Verstellvorrichtung, zum Verstellen einer Kontur einer Sitzanlagefläche eines Fahrzeugsitzes geschaffen. Die Verstellvorrichtung weist eine Fluidblase zum Verstellen der Kontur der Sitzanlagefläche sowie ein Ventil gemäß dem ersten Aspekt bzw. Ausgestaltungen davon auf, wobei die Ventilöffnung des Ventils fluidmäßig mit der Fluidblase verbunden ist.
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Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Ventil, das eine erfindungsgemäße Aktuatoreinheit aufweist, wobei die Aktuatoreinheit in einem ersten Schaltzustand gezeigt ist,
- 2 eine schematische Ansicht der Aktuatoreinheit von 1, wobei die Aktuatoreinheit in einem zweiten Schaltzustand gezeigt ist,
- 3 eine schematische Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit und
- 4 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es sei zunächst auf 1 verwiesen, die eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 10 zum Verstellen einer Kontur 12 einer Sitzanlagefläche 14 eines Fahrzeugsitzes 16 zeigt. Der Fahrzeugsitz 16 weist dabei eine erste Fluidkammer bzw. eine erste Fluidblase 18 sowie eine zweite Fluidkammer bzw. eine zweite Fluidblase 20 auf, die durch Befüllen und/oder Entleeren zum Verstellen der Kontur 12 der Sitzanlagefläche 14 des Fahrzeugsitzes 16 dienen. Die Verstellvorrichtung 10 weist ferner ein Ventil 22 auf, das fluidmäßig mit den Fluidblasen 18, 20 sowie mit einer Fluidquelle 24 verbunden ist.
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Das Ventil 22 weist ein Bodenelement 26, ein mit dem Bodenelement 26 über Stege verbundenes Zwischenelement 28 sowie ein mit dem Zwischenelement 28 verbundenes Deckenelement 30 auf. Zwischen dem Bodenelement 26 und einem Mittenabschnitt des Zwischenelements 28 befindet sich eine erste Kammer 32, die fluidmäßig mit der Fluidquelle 24 verbunden ist. Die erste Kammer 32 ist mit dem von der Fluidquelle 24 bereitgestellten Druckmittel, beispielsweise Druckluft, beaufsch lagt.
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Das Zwischenelement 28 ist derart ausgebildet, dass ein erster Fluiddurchgang 34, der fluidmäßig mit der ersten Kammer 32 verbunden ist, sowie ein zweiter Fluiddurchgang 36, der fluidmäßig mit dem ersten Fluiddurchgang 34 verbunden ist, geschaffen wird. Das Zwischenelement 28 weist ferner sich zum Deckenelement 30 erstreckende Stege 38 auf, die einen nach oben hin offenen Bereich 40 begrenzen. Der Bereich 40 wird über ein Absperrelement 42 von oben derart abgedeckt, dass das Absperrelement 42, die Stege 38 und das Zwischenelement 28 eine zweite Fluidkammer 44 bilden, die über den ersten Fluiddurchgang 34 fluidmäßig mit der ersten Kammer 32 verbunden ist und über den zweiten Fluiddurchgang 36 fluidmäßig mit einer dritten Fluidkammer 46 verbunden ist. Die dritte Fluidkammer 46 bildet einen Fluidanschluss, der fluidmäßig mit der ersten Fluidblase 18 verbunden ist.
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Das Absperrelement 42 weist ferner einen dritten Fluiddurchgang 47 auf, der eine vierte Fluidkammer 48, die sich zwischen dem Zwischenelement 28 und dem Deckenelement 30 befindet, fluidmäßig mit der zweiten Fluidkammer 44 verbindet.
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Das Deckenelement 30 weist ferner eine Öffnung 50 auf, die die vierte Fluidkammer 48 mit der Umgebung des Ventils 22 fluidmäßig verbindet.
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Das Absperrelement 42 weist ein Dichtelement 52 beispielsweise in Form eines Membranelements auf, das zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung bewegbar ist. In einer ersten Stellung verschließt das Dichtelement 52 den dritten Fluiddurchgang 47 und öffnet den ersten Fluiddurchgang 34, wodurch Druckmittel von der Fluidquelle 24 über den ersten Fluiddurchgang 34 und den zweiten Fluiddurchgang 36 in die erste Fluidblase 18 zum Befüllen der Fluidblase 18 strömen kann, wie durch den Pfeil in 1 angedeutet ist. In einer zweiten Stellung verschließt das Dichtelement 52 den ersten Fluiddurchgang 34 und öffnet den dritten Fluiddurchgang 47, wie näher in Zusammenhang mit 2 beschrieben wird.
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Da das Dichtelemente 52 in der ersten Stellung den dritten Fluiddurchgang 47 schließt, kann kein Druckmittel in die vierte Ventilkammer 48 strömen, sodass die vierte Ventilkammer 48 nicht mit Druck beaufschlagt ist.
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Um das Dichtelement 52 zwischen der ersten und zweiten Stellung zu bewegen, befindet sich in der vierten Ventilkammer 48 des Ventils 22 eine Aktuatoreinheit 54. Die Aktuatoreinheit 54 weist eine Leiterplatte 56 mit einer Oberseite 58 auf. Die Oberseite 58 erstreckt sich in einer Leiterplattenebene, die gestrichelt mit dem Bezugszeichen 60 angedeutet ist.
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Die Aktuatoreinheit 54 weist ferner ein Betätigungselement 62 auf, das einen Betätigungsabschnitt 64 und einen mit dem Betätigungsabschnitt 64 verbundenen Biegeabschnitt 66 aufweist. Der Biegeabschnitt 66 ermöglicht es, dass der Betätigungsabschnitt 64 mittels Biegung im Biegeabschnitt 66 bewegbar ist. Der Biegeabschnitt 66 weist hierfür einen (virtuellen) Drehpunkt auf, um den sich der Betätigungsabschnitt 64 drehen kann.
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Die Aktuatoreinheit 54 weist ferner ein Aktuatorelement 68 auf, dessen erstes Ende 70 mechanisch (und ggf. elektrisch) mit dem Betätigungsabschnitt 64 des Betätigungselements 62 verbunden ist und dessen zweites Ende 72 mechanisch (und ggf. elektrisch) mit der Leiterplatte 56 verbunden ist.
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Im konkreten Beispiel von 1 ist das Aktuatorelement 68 in Form eines Formgedächtnislegierungselements 681, insbesondere in Form eines Formgedächtnislegierungsdrahts, ausgebildet. Das Formgedächtnislegierungselement 681 kann sich bei Beaufschlagung mit elektrischer Leistung verformen, insbesondere verkürzen. In diesem konkreten Beispiel ist das erste Ende 70 des Formgedächtnislegierungselements 681 mechanisch und elektrisch mit dem Betätigungsabschnitt 64 verbunden und ist das zweite Ende 72 des Formgedächtnislegierungselements 681 mechanisch und elektrisch mit der Leiterplatte 56 verbunden.
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Da das erste Ende 70 des Formgedächtnislegierungselements 681 mechanisch und elektrisch mit dem Betätigungsabschnitt 64 verbunden ist, kann sich bei Beaufschlagung des Formgedächtnislegierungselements 681 mit elektrischer Leistung aufgrund der Verkürzung des Formgedächtnislegierungselements 681 der Betätigungsabschnitt 64 um den Biegeabschnitt 66 bzw. um dessen virtuellen Drehpunkt bewegen bzw. drehen. Im konkreten Beispiel von 1 dreht sich der Betätigungsabschnitt 64 im Uhrzeigersinn um den virtuellen Drehpunkt des Biegeabschnitts 66, wenn das Formgedächtnislegierungselement 681 beispielsweise mit elektrischer Leistung beaufschlagt wird.
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Die Verwendung eines Formgedächtnislegierungselements 681 als Aktuatorelement 68 ist lediglich exemplarisch. Selbstverständlich ist es denkbar, dass andere längenveränderliche Aktuatorelemente als das beschriebene Formgedächtnislegierungselement 681 zum Bewegen des Betätigungsabschnitts verwendet werden können. Zum Beispiel könnte das Aktuatorelement 68 auch als Hitzdraht oder als elektroaktives Polymer ausgeführt werden.
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Bei Betätigung des Aktuatorelements 68 bzw. bei Beaufschlagung des Formgedächtnislegierungselements 681 mit elektrischer Leistung hebt das Betätigungselement vom Dichtelement 52 ab, sodass das Dichtelement 52 (bspw. aufgrund dessen Eigenvorspannung) den ersten Fluiddurchgang 34 freigeben kann und Druckmittel von der Fluidquelle 24 in die erste Fluidblase 18 zum Befüllen der Fluidblase 18 strömen kann.
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Die besondere Ausgestaltung der Aktuatoreinheit 54 besteht nun darin, dass das Betätigungselement 62 teilweise unterhalb und teilweise oberhalb der Leiterplatte 56 angeordnet ist. Genauer gesagt, sind der Betätigungsabschnitt 64 und der Biegeabschnitt 66 auf zwei gegenüberliegenden Seiten bezüglich der Leiterplattenebene 60 angeordnet. Wie im konkreten Beispiel von 1 zu erkennen ist, ist beispielsweise der Betätigungsabschnitt 64 oberhalb der Leiterplatte 56 bzw. auf einer ersten Seite 601 bezüglich der Leiterplattenebene 60 angeordnet und ist der Biegeabschnitt 66, der den virtuellen Drehpunkt aufweist, unterhalb der Leiterplatte 56 bzw. auf einer zu der ersten Seite 601 gegenüberliegenden zweiten Seite 602 bezüglich der Leiterplattenebene 60 angeordnet.
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Dadurch, dass der Betätigungsabschnitt 64 und der Biegeabschnitt 66 auf gegenüberliegenden Seiten 601, 602 bezüglich der Leiterplattenebene 60 angeordnet sind, kann bei einer gegebenen Bauhöhe der Aktuatoreinheit 54 ein vergleichsweise großer Hebel H erreicht werden. Dadurch kann bei einer vorgegebenen Aktuatorkraft, die von dem Aktuatorelement 68 bzw. dem Formgedächtnislegierungselement 681 auf den Betätigungsabschnitt 64 ausgeübt wird, eine vergleichsweise große Betätigungskraft von dem Betätigungsabschnitt 64 auf das Dichtelement 52 ausgeübt werden. Die Aktuatoreinheit 54 kann also bei einer relativ geringen Bauhöhe eine vergleichsweise große Betätigungskraft beispielsweise zum Bewegen des Dichtelements 52 bereitstellen. Ebenso ermöglicht ein großer Hebel H auch, den benötigten Hub am Betätigungsabschnitt 64 bzw. am Stößelelement 80 bei einem möglichst kleinen Drehwinkel des Betätigungselements 62 darzustellen. Ein geringer Drehwinkel verhindert eine Beschädigung des Aktuatorelements 68 an beiden Enden 70 bzw. 72 durch übermäßige Knickbewegung an den Verbindungsstellen zum Betätigungselement 62 bzw. zur Leiterplatte 56.
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Das Aktuatorelement 68 bzw. das Formgedächtnislegierungselement 681 befindet sich dabei ausschließlich auf der ersten Seite bezüglich der Leiterplattenebene 60. Mit anderen Worten befindet sich das Aktuatorelement 68 ausschließlich auf derjenigen Seite, auf der sich auch der Betätigungsabschnitt 64 befindet. Dadurch wird ein möglichst linear Kraftfluss, der zudem weitgehend senkrecht zur Bewegungsrichtung des Betätigungsabschnitts 64 erfolgt, vom Aktuatorelement 68 auf den Betätigungsabschnitt 64 ausgeübt.
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Wie ferner in 1 zu erkennen ist, weist das Betätigungselement 62 zudem einen Leiterplattenbefestigungsabschnitt 74 auf, der elektrischen und mechanisch mit der Leiterplatte 56 verbunden ist. Der Leiterplattenbefestigungsabschnitt 74 befindet sich dabei auf derselben Seite wie der Biegeabschnitt 66. Dies hat den Vorteil, dass bei der Montage der Aktuatoreinheit 54 bzw. bei der Montage des Ventils 22 zunächst das Betätigungselement 62 montiert werden kann und anschließend die Leiterplatte 56 auf dem Betätigungselement 62 montiert wird.
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Das Betätigungselement 62 weist ferner einen Endlagenkontaktierungsabschnitt 76 auf, der eine Endlage des Betätigungsabschnitts 64 angibt. Wie in 1 beispielsweise gezeigt ist, kontaktiert der Endlagenkontaktierungsabschnitt 76 in der Endlage des Betätigungsabschnitts 64 die Leiterplatte 56. Sobald der Endlagenkontaktierungsabschnitt 76 die Leiterplatte 56 kontaktiert, wird eine Betätigung des Aktuatorelements 68 bzw. eine Zufuhr von elektrischer Leistung zum Formgedächtnislegierungselement 681 unterbrochen. Dadurch wird insbesondere bei der Verwendung eines Formgedächtnislegierungselements 681 als Aktuatorelement 68 verhindert, dass das Formgedächtnislegierungselement 681 übermäßig erhitzt und unter Umständen beschädigt wird. Wie in 1 zu erkennen ist, befindet sich der Endlagenkontaktierungsabschnitt 76 ebenfalls unterhalb der Leiterplatte bzw. auf derselben Seite wie der Biegeabschnitt 66. Dies hat wiederum Montagevorteile, da bei der Montage zunächst das Betätigungselement 62 und dann die Leiterplatte 56 auf dem Zwischenelement 28 jeweils durch eine einfache geradlinige Fügebewegung montiert werden können.
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Wie ferner in 1 zu erkennen ist, ragt der Betätigungsabschnitt 64 über einen seitlichen Rand der Leiterplatte 56 hinaus. Der seitliche Rand der Leiterplatte 56 ist in 1 mit dem Bezugszeichen 78 dargestellt und markiert den Rand der Leiterplatte 56, der in Erstreckungsrichtung der Leiterplattenebene 60 das Ende der Leiterplatte 56 markiert. Indem der Betätigungsabschnitt 64 über den seitlichen Rand 78 der Leiterplatte 56 hinausragt, sind der Betätigungsabschnitt 64 und die Leiterplatte 56 (in Längserstreckungsrichtung der Leiterplattenebene 60) nebeneinander angeordnet. Dies hat einerseits den Vorteil, dass die Aktuatoreinheit 54 eine noch kompaktere Bauform aufweist. Andererseits kann dadurch Bauraum und Material für die Leiterplatte 56 eingespart werden. In einer nicht in 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit 54 kann die Leiterplatte 56 im Bereich des Betätigungsabschnitts 54 beispielsweise auch eine Aussparung aufweisen.
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Wie bereits erwähnt wurde, kann mittels des Betätigungsabschnitts 64 das Dichtelement 52 betätigt werden, sodass wahlweise entweder der erste Fluiddurchgang 34 oder der dritte Fluiddurchgang 47 geöffnet oder geschlossen ist. Um nun das Dichtelement 52 mittels des Betätigungsabschnitts 64 betätigen zu können, weist die Aktuatoreinheit 54 ein mit dem Betätigungsabschnitt 64 koppelbares Stößelelement 80 auf. Das Stößelelement kann beispielsweise in Form eines Loslagers einerseits mit dem Dichtelement 52 und andererseits mit dem Betätigungsabschnitt 64 koppelbar sein. Das Stößelelement 80 stellt eine mechanische Verbindung zwischen dem Betätigungselement 64 und dem Dichtelemente 52 her. Das Stößelelement 80 erstreckt sich dabei in einer Längserstreckungsrichtung 82, die im Wesentlichen senkrecht zur Leiterplattenebene 60 verläuft. Mit anderen Worten durchdringt die Längserstreckungsrichtung 82 die Leiterplattenebene 60 bzw. schneidet die Leiterplattenebene 60 insbesondere lotrecht. Dadurch wird eine im Wesentlichen 90°-Umlenkung zwischen der im Wesentlichen horizontal wirkenden Aktuatorkraft, die von dem Aktuatorelement 68 bzw. dem Formgedächtnislegierungselement 681 ausgeübt wird, und der im Wesentlichen senkrecht wirkenden Betätigungskraft, die durch das Stößelelement 80 auf das Dichtelement 52 wirkt, erreicht. Die 90°-Umlenkung hat den Vorteil, dass trotz relativ geringer Bauhöhe eine relativ große Betätigungskraft auf das Dichtelement 52 ausgeübt werden kann.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, dass das Dichtelement 52 in das Stößelelement 80 integriert ist, sodass das Stößelelement 80 zum dichtenden Anliegen an einem Ventilsitz des ersten Fluiddurchgangs 34 ausgebildet ist.
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Wie ferner in 1 zu erkennen ist, weist die Verstellvorrichtung 10 ein weiteres Ventil 220 auf, das baugleich zum bereits erwähnten Ventil 22 ist. Im konkreten Beispiel von 1 wird das Ventil 220 dazu verwendet, die zweite Fluidblase 20 zu befüllen bzw. zu entleeren.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, dass das Ventil 220 wie auch das Ventil 22 für andere Zwecke als zum Befüllen bzw. Entleeren der Fluidblasen 18, 20 verwendet werden. So können z.B. die Ventile 22 und 220 mit einem geänderten Zwischenelement 28 pneumatisch in Reihe geschaltet werden, indem der ersten Fluiddurchgang 340 des Ventils 220 mit der Druckversorgung (Fluidquelle 24), der erste Fluiddurchgang 34 des Ventils 22 mit der dritten Fluidkammer 46 und die beiden zweiten Fluiddurchgänge 36 und 360 miteinander verbunden werden. Auf diese Weise entsteht aus den beiden Ventilen 22 und 220 ein 3/3-Ventil.
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Es sei nun auf 2 verwiesen, die wiederum das Ventil 22 von 1 zeigt. Im Unterschied zu 1 ist in 2 die Aktuatoreinheit 54 jedoch in einen zweiten Schaltzustand gezeigt. In diesem zweiten Schaltzustand dichtet das Dichtelement 52 den ersten Fluiddurchgang 34 und gibt das Dichtelement 52 den dritten Fluiddurchgang 47 frei. In der zweiten Schaltstellung der Aktuatoreinheit 54 kann folglich ein in der Fluidblase 18 befindliches Druckmittel über die dritte Fluidkammer 46, den zweiten Fluiddurchgang 36 und den dritten Fluiddurchgang 47 von der Fluidblase 18 in die vierte Ventilkammer 48 und von dort über die Öffnung 50 zur Umgebung des Ventils 22 strömen. Mit anderen Worten kann in der zweiten Stellung der Aktuatoreinheit 54 die Blase 18 entleert werden, was schematisch durch die Strömungspfeile angedeutet ist.
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Da in der zweiten Stellung der Aktuatoreinheit 54 der erste Fluiddurchgang 34 mittels des Dichtelements 52 verschlossen ist, strömt auch im zweiten Schaltzustand der Aktuatoreinheit 54 kein Druckmittel in die vierte Fluidkammer 48. Die Aktuatoreinheit 54 wird als auch im zweiten Schaltzustand nicht mit Druckmittel beaufschlagt. Da die Aktuatoreinheit 54 weder am ersten Schaltzustand noch im zweiten Schaltzustand mit Druckmittel beaufschlagt wird, ist es nicht notwendig, luftdichte Durchführung von elektrischen Leitungen bzw. Leiterbahnen vorzusehen. Das hat erhebliche Vorteile bei der konstruktiven Auslegung und Herstellung des Ventils 22.
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Wie ferner in 2 gezeigt ist, ist der Biegeabschnitt 66 derart ausgebildet, dass der Betätigungsabschnitt 64 in Richtung hin zum zweiten Schaltzustand der Aktuatoreinheit 54 vorgespannt ist. Dadurch kann der Betätigungsabschnitt 64 das Stößelelement 80 in Richtung hin zum ersten Fluiddurchgang 34 bewegen, wodurch das Dichtelement 52 den ersten Fluiddurchgang 34 verschließt bzw. den dritten Fluiddurchgang 47 öffnet.
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Der dritte Fluiddurchgang 47 kann allgemein auch als eine Ventilöffnung des Ventils 22 angesehen werden, wobei die Ventilöffnung eine durch das Zwischenelement 28 und das Deckenelement 30 gebildete Ventilkammer in einen ersten Bereich (vierte Fluidkammer 48) und in einen zweiten Bereich (zweite Fluidkammer 44) unterteilt. In dieser allgemeinen Formulierung ist der Biegeabschnitt 66 also derart ausgebildet, dass der Betätigungsabschnitt 64 durch den Biegeabschnitt 66 in einer ersten Stellung zum Öffnen der Ventilöffnung 47 vorgespannt ist.
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Um nun die Aktuatoreinheit 54 vom ersten Schaltzustand (siehe 1) in den zweiten Schaltzustand (siehe 2) zu schalten, muss lediglich eine Betätigung des Aktuatorelements 68 bzw. eine Zufuhr von elektrischer Leistung zu dem Formgedächtnislegierungselement 681 unterbrochen werden. Durch diese Unterbrechung wird die zuvor hervorgerufene Verkürzung des Formgedächtnislegierungselements 681 rückgängig gemacht, sodass das Formgedächtnislegierungselement 681 wieder seine ursprüngliche Form einnimmt. Der vorgespannte Betätigungsabschnitt 64 kann sich nun ohne Betätigung durch das Formgedächtnislegierungselement 681 in Richtung hin zum Stößelelement 80 bewegen, das seinerseits wiederum das Dichtelement 52 hin zum ersten Fluiddurchgang 34 bewegt, wodurch der erste Fluiddurchgang 34 geschlossen und der dritte Fluiddurchgang 47 geöffnet wird. Wird ein anderes Aktuatorelement 68 anstelle des Formgedächtnislegierungselements 681 verwendet, erfolgt die Bewegung des Stößelelements 80 (aufgrund der Vorspannung des Betätigungsabschnitts 64) entsprechend.
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Es sei nun auf 3 verwiesen, die eine schematische Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Aktuatoreinheit 54 von 1 und 2 zeigt. In der Ausführungsform gemäß 3 weist der Betätigungsabschnitt 64 einen Strömungsführungsabschnitt 84 auf. Der Strömungsführungsabschnitt 84 hat die Aufgabe, in der zweiten Stellung der Aktuatoreinheit 54, d. h. in der Stellung der Aktuatoreinheit 54, in der die Fluidblase 18 entleert wird, eine aus dem dritten Fluiddurchgang 47 ausströmende Strömung von dem Aktuatorelement 68 bzw. dem Formgedächtnislegierungselement 681 wegzuleiten. Dies ist schematisch durch Strömungspfeile angedeutet. Der Strömungsführungsabschnitt 84 kann beispielsweise eine Strömungskante in Form eines abgeschrägten Seitenrands des Betätigungsabschnitts 64 sein. Der Vorteil des Strömungsführungsabschnitt 84 besteht darin, dass insbesondere bei der Verwendung des Formgedächtnislegierungselements 681 als Aktuatorelement 68 die aus dem dritten Fluiddurchgang 47 ausströmende Strömung keine unerwünschte Abkühlung beim Formgedächtnislegierungselement 681 hervorruft. Selbstverständlich kann der Strömungsführungsabschnitt 84 in anderen nicht gezeigten Ausführungsformen der Aktuatoreinheit 54 andere zweckmäßige Ausgestaltungen aufweisen, die eine unter Umständen aus dem dritten Fluiddurchgang 47 ausströmende Strömung von dem Aktuatorelement 68 wegleitet.
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Schließlich sei auf 4 verwiesen, die eine schematische Draufsicht einer Ventilbaugruppe 86 für die Verstellvorrichtung 10 zeigt.
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Die Ventilbaugruppe 86 besteht aus mehreren Ventilen, die jeweils eine entsprechende Ventilöffnung öffnen bzw. schließen. Im konkreten Beispiel von 4 weist die Ventilbaugruppe 86 ein erstes Ventil 22 ein zweites Ventil 220 ein drittes Ventil 320 und ein viertes Ventil 420 auf, die alle baugleich sind. Die Ventilbaugruppe 86 zeichnet sich dadurch aus, dass das Betätigungselement 62 des Ventils 22 und ein entsprechendes Betätigungselement 620 des Ventils 220 einstückig in Form einer einstückigen Betätigungselementbaugruppe 500 ausgebildet sind. Dadurch können die jeweiligen Betätigungselemente der jeweiligen Ventile 22, 220, 320, 420 in einem gemeinsamen Verarbeitungsschritt hergestellt werden, wodurch Zeit und Kosten gespart werden können. Insbesondere ist es dadurch auch möglich, dass Ventilbaugruppen mit einer unterschiedlichen Anzahl an Ventilen kostengünstig und effizient hergestellt werden können.
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Wie ferner in 1 zu erkennen ist, ragen die jeweiligen Betätigungsabschnitte 64, 640 über den seitlichen Rand 78 der Leiterplatte 58 hinaus. Dies verdeutlicht einmal mehr die kompakte und materialsparende Ausgestaltung der Ventilbaugruppe 86.
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Obwohl in Zusammenhang mit 1 bis 4 die Aktuatoreinheit 54 bzw. die Ventile 22, 220, 320, 420 in Zusammenhang mit dem Befüllen bzw. Entleeren von Fluidblasen 18, 20 beschrieben wurden, ist es auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Aktuatoreinheit 54 bzw. die erfindungsgemäßen Ventile 22, 220, 320, 420 (wie auch die Ventilbaugruppe 86) für andere Anwendungszwecke verwendet werden können, wie beispielsweise die oben beschriebene Verschaltung jeweils zweier Ventile zu einem 3/3-Ventil.
