技术领域
[0001] 本发明涉及一种具有阀壳体的阀，该阀壳体包围阀室(Ventilraum)且具有至少一个阀开口。执行元件(Stellelement)被布置在阀室内以用于致动该阀，该执行元件在用于闭锁(Verschlieβen)阀开口的闭合位置与用于开启阀开口的打开位置之间是可移动的。此外，本发明还涉及具有多个阀的阀装置(Ventilanordnung)。
[0002] 执行元件在打开位置和闭合位置之间的移动可以借助形状记忆合金(Shape Memory Alloys,SMA)(例如，以金属丝的形式)来实现。在此涉及可以根据其温度以两种不同的晶体结构存在的合金。在室温时呈现具有体心四方晶格的马氏体结构，该马氏体结构从约80℃的转变温度起转变成具有面心立方晶格的奥氏体结构。因此，由这样的形状记忆合金构成的金属丝具有这样的属性，即由于在加热超过转变温度时晶格从马氏体结构转变成奥氏体结构，因此该金属丝会缩短。为了加热SMA元件，通常对其施加电流，由此SMA元件会缩短，并且因此执行元件可以移动。
相关背景技术
[0003] 例如从DE 10 2005 060 217中已知一种具有包围压力室的阀壳体的阀，其中推进器 被布置在压力室内以用于打开和关闭阀开口。在此，推进器由SMA元件致动以用于打开阀开口，该SMA元件与布置在阀壳体内的电路板电连接，以便能够被施加电流。除了SMA元件和电路板外，阀还包括许多其它的部件，例如屏蔽壁、用于接触电路板所需的电子元器件、用于彼此相对地密封压力室或各个部件的密封元件或用于在压力室内引导执行元件的引导装置。但是由于用于阀运行所需的各个部件数量众多，因此一方面造成材料成本很高，另一方面造成各个部件的制造成本及其安装成本也高。
具体实施方式
[0042] 图1A示出了具有阀壳体4的阀2，该阀壳体由上面的壳体盖6、下面的壳体底部10和布置在壳体盖6和壳体底部10之间的中间壳体8组成。阀壳体4包围阀室12，阀开口14通向该阀室。执行元件16被布置在阀室12内，该执行元件在用于闭锁阀开口14的闭合位置和用于开启阀开口14的打开位置之间在运动方向B上是可轴向移动的。由形状记忆合金制成的丝状的SMA元件18被用于在打开方向或行程方向H上致动执行元件16，该SMA元件通过中间部分18c固定在执行元件16上，更确切地说是固定在该执行元件的第一端部部分16a上。为了施加电流，SMA元件18通过其端部18a、18b与同样布置在阀室12内的电路板22电连接。
[0043] 复位元件20(本文中为螺旋压力弹簧)被用于在闭合方向或复位方向R上移动执行元件16，该螺旋压力弹簧同心地包围执行元件16的第二端部部分16b，并且通过第一端部支承在电路板22上，并且通过第二端部支承在执行元件16的第一端部部分16a上，该第一端部部分相对于第二端部部分16b是径向变宽的。
[0044] 中间壳体8包括对阀2的功能性所需的所有部件，换言之，如下面描述的，所有为此所需的部件都被集成在中间壳体8自身中。
[0045] 阀室12被分成流动室24和致动室26，其通过分隔壁28彼此分开。执行元件16以及用于致动执行元件16所需的部件，即SMA元件18、复位元件20以及电路板22被布置在致动室26内。分隔壁28与中间壳体8一体地构成或模制在该中间壳体上。流动室24具有第一区域
24a和第二区域24b，其经由连接通道24c彼此相连，该连接通道在执行元件16的闭合位置被闭锁并在执行元件16的打开位置被开启。
[0046] 为了将空气引入阀室12，更确切地说是引入流动室24，流动室的第一区域24a与空气供给单元或气动泵相连，或者经由供应管道与气动泵连接着的或被连接到气动泵的压力端口(在图1A中不可见)间接地或直接地通向流动室24的第一区域24a。通过开启阀开口14可以使引入的空气经由穿过阀开口的连接通道24c从第一区域24a流入第二区域24b。特别地，阀2被用于填充介质存储器(未示出)，例如具有轮廓调节的交通工具座椅的气垫。为此，阀室12，更确切地说是流动室24或其第二区域24b与消耗者端口30流体连接，或者消耗者端口30通向第二区域24b，使得介质存储器可以借助软管连接到阀2上。压力端口和消耗者端口30与中间壳体8一体地形成并且不从中间壳体中突出来。如果阀2被用于排出介质存储器中的空气，则流动室24的第一区域24a与大气连接或可与大气连接，当阀开口14打开时，空气可从介质存储器或从第二区域24b中流出并经由连接通道24c流入第一区域24a且从第一区域排放到环境。
[0047] 此外，中间壳体8还具有容纳室34，该容纳室用于容纳用来电接触电路板22所需的部件，例如插塞式连接器，该容纳室在图1A中被布置在中间壳体8的后部部分中并且仅用虚线表示。
[0048] 为了在执行元件的致动期间引导执行元件16，首先设置了引导装置，该引导装置由中间壳体8构成。引导装置具有间隔壁36，该间隔壁从阀开口14区域中的分隔壁28开始在运动方向B上延伸到致动室26中并与分隔壁28或中间壳体8一体地构成。间隔壁36界定用于上部的、面向阀开口14的第一端部部分16a的容纳室38。为了引导第二端部部分16b，引导装置被集成在电路板22中，确切地说是以构造在电路板中的凹进部40的形式被集成在电路板22中，在本文中是贯通孔被集成在电路板中，第二端部部分16b在执行元件16的打开位置和闭合位置延伸到该贯通孔中。为了引导SMA元件18，间隔壁36具有在运动方向B上延伸的凹进部27。
[0049] 因此，在运动方向B上的轴向移动期间，即在致动执行元件16期间，也不需要以其它部件形式的附加的或单独的引导装置来引导执行元件16。
[0050] 为了在闭合位置可靠地闭锁阀开口14(如图1A所示)，闭锁阀开口14的密封元件42被布置在面向阀开口14的端部部分16a上，该密封元件与围绕阀开口14的密封座共同作用。
[0051] 为了控制阀2并且为了向SMA元件18施加电流，以便使其缩短并从而致动执行元件16，端部18a、18b与电路板22电连接，更确切地说是分别借助压接连接器44与电路板22电连接。这样的压接连接器44在图2中被放大示出。SMA元件18的端部18a、18b分别固定在压接连接器44的接纳部46中并从而间接地经由压接连接器44与电路板22接触。压接连接器44垂直于运动方向B以凸起A1分别从电路板22侧向地突出来。此外，压接连接器44在行程方向H上从电路板22的上表面22a且在壳体底部10的方向上平行于该上表面延伸，即以凸起A2从电路板22的上表面22a朝向电路板的下表面22b的方向延伸，其中压接连接器44的接纳部46以一定的间距在壳体底部10前终止，即自由浮动地布置在阀室12内。压接连接器44的与接纳部46间隔开的部分48经由夹紧装置50与电路板22电连接。在此，部分48不仅可以平坦地放置在上表面22a上，而且可以至少部分地具有距离上表面22a的小的距离。为了实现不受电路板22或其上表面22a的公差的影响的连接，压接连接器44或其部分48完全以最低限度与上表面22a间隔开，并且压接连接器44仅由夹紧装置50支撑。在本文中，每个压接连接器44具有两个分别穿过电路板22的凹进部延伸的、在本文中大致呈椭圆形和环形构造的夹紧装置50，该夹紧装置是可弹性变形的以便插入凹进部中，并且在安装状态下以形状配合的方式和/或力配合的方式保持在凹进部中。因此，压接连接器44建立了SMA元件18的固定在该压接连接器上的端部18a、18b与电路板22之间的电连接。通过侧向地和在行程方向H上突出来的压接连接器44可以利用SMA元件18的附加长度，即利用边长为A1和A2的假想矩形的对角线的长度以用于致动执行元件16，经此在整体上会实现阀2的结构高度的减少。电路板22本身通过可插入中间壳体8的容纳室34中的插塞式连接器与电端口接触。
[0052] 为了将电路板22固定在阀室12内，与中间壳体8整体构造的间隔壁36作为紧固装置具有两个可变形的突出部52，这两个突出部模制在其端面上并在安装状态下穿过电路板22的贯通孔延伸且不可拆卸地与电路板22连接。该端面同时形成用于电路板22的止动面。
[0053] 图1B示出的阀2’被示例性地构造成二位三通换向阀，并因而具有另一阀开口，更确切地说是具有开口32，该开口将阀室12与大气连接起来，以便允许阀室12中的空气流出。在其他方面，阀2’的结构形式对应于图1A所示的阀2(“二位二通换向阀(2/2-Wegeventil)”)的结构形式，从而使得各个部件具有相同的参考标记。为了实现二位三通换向功能，控制机构58被布置在阀室12内或被布置在流动室24内，该控制机构可旋转地安置在中间壳体8上并且操作地与执行元件16连接。控制机构58在图5A、图5B中更详细地示出。
控制机构58在面向开口32的部分具有用于闭锁开口32的密封元件60。控制机构58在面向执行元件16的端部部分具有拨动指(Schaltfinger)62，该拨动指与执行元件16接触或紧靠其密封元件42。如果致动执行元件16并打开阀开口14，则拨动指62会因复位元件64(此处为片簧)也在行程方向上运动，并从而使控制机构58绕其旋转点旋转，从而使得开口32被密封元件60闭锁。如果不再向SMA元件18施加电流，并且因为执行元件16会因此由于复位元件20在复位方向R上运动，因此拨动指62会通过执行元件16或其密封元件42也在复位方向R上运动。由此并且由于控制机构58的V形旋转点66致使密封元件60打开开口32。因此，通向大气的开口32在执行元件16处于闭合位置时被开启且在执行元件16处于开启位置时被闭锁，从而使得确保阀室12或介质存储器在不致动阀2时始终被排气。这样的二位三通换向阀例如在具有按摩功能的交通工具座椅中被使用，其中一个或更多个气垫分别被循环地充气和排气。
[0054] 图3A、图3B、图3C和图3D以放大视图示出了阀2、2’的根据第一实施形式的执行元件16。执行元件16的第一端部部分16a具有至少一个垂直于执行元件16的运动方向B延伸的贯通孔54，该贯通孔在中心在垂直于运动方向B的方向上穿过第一端部部分16a延伸。在安装状态(参见图1A、图1B)下，SMA元件18的中间部分18c在贯通孔54内被引导。在此，SMA元件18可以根据“针线原理”被引导通过该贯通孔54并被可靠地保持在其中。
[0055] 图4A、图4B和图4C示出了阀2、2’的执行元件16的替代性变型，一致的部件再次使用相同的参考标记。在这里，贯通孔54还可经由侧向槽56进入，或者还将通向贯通孔54的侧向槽56引入第一端部部分16a。槽56从在第一端部部分16a的外周向面上在执行元件16的运动方向B上与贯通孔54间隔开的位置朝向贯通孔54的方向延伸，即斜着从上往下延伸，以防止SMA元件18在安装状态下滑出并确保其牢固的保持。
[0056] 图6以分解示意图示出了具有多个阀2的阀装置100。在此，该阀装置100包括用于所有阀2的共同的阀壳体。换言之：包围各个阀2的阀室12的阀壳体，更确切地说是中间壳体108、壳体盖106和壳体底部110被一体地构成，因此，阀装置100具有共同的中间壳体108、共同的壳体盖106和共同的壳体底部110，阀的各个阀室12构造在其内部。此外，阀装置100还具有一体地构造的、用于所有阀2的共同的电路板122。因此，与迄今为止已知的阀装置相比，可以大大减少阀装置100的多个阀2的空间需求和所需部件的数量并简化阀装置100的安装。
[0057] 示例性的阀装置100的阀2基本上构造成如同根据图1A所述的阀2，一致的部件使用相同的参考标记。这些阀各自具有执行元件16、丝状的SMA元件18和复位元件20，该执行元件在阀室12内在用于闭锁阀开口的闭合位置与用于开启阀开口的打开位置之间是可轴向移动的，该SMA元件被用作在打开方向上致动执行元件16，该复位元件用于在闭合方向上移动执行元件16。SMA元件18又通过其各自的端部借助压接连接器44与电路板122电连接。SMA元件18通过中间部分分别固定在所属的执行元件16上，以便在施加电流时在行程方向上致动该SMA元件。为此，电路板122通过可插入中间壳体108的容纳室34中的电插塞式连接器168被控制或被电接触。此外，在中间壳体108和壳体盖106之间还例如布置了止回阀172，该止回阀例如与压力传感器结合使用。此外，阻尼泡沫件174被布置在阀壳体内，以减少特别是在对阀2排气时噪声的形成。中间壳体108具有用于连接到空气供给单元的压力端口
170和四个用于连接到四个介质存储器，特别具有轮廓调节功能的交通工具座椅的气垫的消耗者端口130。
[0058] 图7以俯视图示出了图6的阀装置的中间壳体108，图8示出了中间壳体108的一部分，并且图9以底视图示出了具有安装的电路板122的中间壳体108。图10以底视图示出了不带电路板的中间壳体108的部分A。经由可与气动泵连接的共同的压力端口170，空气通过由中间壳体108形成的且在上面被中间壳体108限定的空气通道176被引入流动室(用虚线箭头表示)，更确切地说是被引入阀2的第一部分(在这里为四个阀2a)的流动室的第一区域24a。在压力端口170与区域182之间止回阀172被布置在空气通道176内。阀2a的第一区域
24a共同构成了空气通道176通向其中的区域182，即空气通道176的端部部分。然而，也可以设想的是，第一区域24a分别通过分隔壁被彼此分开，从而使得第一区域24a各自构成空气通道176的端部部分。当阀开口14关闭时，流入第一区域24a的空气基本被保持在第一区域
24a中。但通过空气间隙92来实现阀2的流动室24或第一区域24a与各个致动室26之间的少量的空气交换，从而确保压力平衡。此外，通过间隙的尺寸可以调节SMA元件18所期望的冷却或散发致动室26中的热量。若开启阀开口14，则流动室的第一区域24a中的空气会经由连接通道24c通过阀开口14流入第二区域24b或继续经由空气通道178a、178b、178c、178d流至用于本文中的四个介质存储器或气垫的消耗者端口130a、130b、130c、130d(参见图8的实线箭头)。
[0059] 阀2的第二部分(在本文中为四个阀2b)具有通向大气的共同的开口132，该开口在壳体盖106中形成(参见图6)，且阀2b的第二部分的流动室24的第一区域24a或包括阀2b的第一区域24a的区域184通过该开口与大气连接。若对介质存储器进行排气，则在该介质存储器中含有的空气首先经由各个消耗者端口130a、130b、130c、130d流入空气通道178a、178b、178c、178d或第二区域24b，并随后经由阀2b的打开的阀开口14以及连接通道24c流入区域184(参见图8的虚线箭头)。当阀开口14打开时，通过空气间隙92也在这里实现阀2b的区域184和致动室26之间的空气交换。
[0060] 第一阀2a和第二阀2b的流动室的第二区域24b分别成对地彼此流体连接并与在本文中的用于四个介质存储器或气垫的四个消耗者端口130a、130b、130c、130d中的一个相连。在此，向每个介质存储器或气垫分配了空气通道或空气室178a、178b、178c、178d中的一个，其中空气通道178a、178b、178c、178d正如将区域182、184以及区域184、186彼此分离的分隔壁180、188那样又与中间壳体108一体地构成或由该中间壳体构成。换言之：分别将第一阀2a和第二阀2b分配给介质储存器并与介质储存器连接，其中第一阀2a被用于用空气填充介质储存器，并且第二阀2b被用于排空介质存储器。通过经由在中间壳体108中构造的空气通道178a、178b、178c、178d进行进气和排气的这种组合来实现阀装置100的三位三通换向功能。因此，总体而言，阀装置100在空气引导方面被分成三个区域：压力区域182、排气区域184和电子元器件区域186，该压力区域与气动泵连接且其中布置了阀2a或阀2a的第一区域24a，该排气区域与通向大气的开口132连接且其中布置了阀2b的第一区域24a，该电子元器件区域含有电子元器件的主要部件。在压力区域182和排气区域184或电子元器件区域186中可以设置压力传感器(未示出)，以便能够推断出气垫中的各个压力。
[0061] 压力区域182、排气区域184和电子元器件区域186分别通过由中间壳体108形成的分隔壁180、188彼此分离并气动地相互密封。为了实现电路板122的在压力区域182与排气区域184之间以及排气区域184与电子元器件区域186之间被密封的过渡部190，通过电路板122中的开口向分隔壁180、188的过渡部190上施加粘合剂，该粘合剂分布在电路板122与分隔壁180、188之间的空隙中，并且例如可以通过UV光被固化。
[0062] 为了将电路板122固定在中间壳体108上，中间壳体具有突出部52，该突出部模制在构成容纳室38的间隔壁36的端面上(图10)，并在安装状态下穿过电路板122的凹进部延伸且不可拆卸地固定在其中(图9)。
[0063] 气动泵以及介质存储器经由被推进到压力端口170或消耗者端口130a、130b、130c、130d中的软管与阀装置连接。为了保护在本文中被完全布置在中间壳体108内且不从该中间壳体中突出来的压力端口170或消耗者端口130a、130b、130c、130d不受机械影响，将支撑装置194集成在中间壳体108中，软管可以穿过该支撑装置并插到端口上(也参见图
12)。支撑装置194例如是部分地包围压力端口170和消耗者端口130a、130b、130c、130d的具有开口的板，软管可以穿过该开口以便插到端口上。在具有这样的支撑装置194的阀装置
100中，可以例如减少圆柱形成形的端口的壁厚，这又会提高阀2的流量。图13A至图13C示例性地示出了消耗者端口30、130，压力端口170具有相应的形状。消耗者端口30、130具有朝向自由端逐渐变细的背离阀室12的第一端部部分31a、131a。紧接着设置了基本上为椭圆形的面向阀室的第二端部部分31b、131b、31c、131c。周向部分31c、131c在此具有比周向部分
31b、131b更大的外径，更确切的说是被径向加宽。加宽的周向部分31c、131c在安装状态下被布置在端口连接件30、130的下表面上。由此，后部结合面31d、131d被形成在第一端部部分31a、131a和第二端部部分31b、131b、31c、131c之间，该后部结合面确保插在端口30、130上的软管的牢固的位置并防止软管松动。
[0064] 图11示出了根据另一种实施形式的中间壳体208，即用于阀装置的中间壳体208，该阀装置具有多个根据图1B构造的阀2’(即二位三通换向阀)且例如被用于执行交通工具座椅的按摩功能，即被用于周期性地对多个气垫进行进气和排气。由于阀装置其余的部件基本上对应于先前描述的阀装置100的部件，因此应参考此处。因此，通过选择中间壳体108或208和因此布置在其中的空气通道可以实现期望的功能，即按摩或静态调节。
[0065] 中间壳体208具有共同的压力端口270，所有阀2’可经由该压力端口与气动泵连接，其中压力端口270经由构造在中间壳体208内的空气通道276分别与阀2’的流动室24的第一区域24a连接或通向阀2’的流动室24的第一区域24a。为了清晰可见，只用虚线示出了用于阀2’中的一个的控制机构58。每个阀2’的通向大气的开口被形成在壳体盖中，该开口将流动室的第二区域24b与大气连接(参见图1B)。介质存储器被分配给每个阀2’，每个阀2’或其第二区域24b经由空气通道278且经由消耗者端口230与介质存储器连接，这些消耗者端口又可以根据图13A-图13C形成。
[0066] 在以这种方式构造的中间壳体208中，阀装置具有连续的压力区域282，该压力区域又通过分隔壁288与电子元器件区域286分开。在这里，压力区域282与电子元器件区域286之间的电路板的过渡部190也根据上述实施形式被气动地密封。
[0067] 为了填充介质存储器，空气经由空气通道276流入第一区域24a或流入包括第一区域24a的区域282并且也如同在中间壳体108的情况下那样经由空气间隙92流入致动室26。若将阀开口14打开，则第一区域24a的空气经由连接通道24c通过阀开口14流入第二区域
24b，并从第二区域24b(如有必要经由其它的、此处未示出的空气通道)经由消耗者端口230流至各个介质存储器。同时移动控制机构58，使得开口32被闭锁。为了对介质存储器进行排气，阀开口14通过在复位方向上移动执行元件16被关闭，由此也再次移动控制机构58，并从而开启开口32。经此，由于介质存储器中存在的过压，在介质存储器中封闭的空气通过开口
32从阀2’流出来。同样的，在中间壳体208中，空气通道276以及区域282由中间壳体本身构成。
[0068] 参考标记列表 22b 电路板的下表面
[0069] 2、2a、2b 阀 24 流动室
[0070] 4 阀壳体 24a 流动室的第一区域
[0071] 6 壳体盖 24b 流动室的第二区域
[0072] 8 中间壳体 26 致动室
[0073] 10 壳体底部 28 分隔壁
[0074] 12 阀室 30、130、230 消耗者端口
[0075] 14 阀开口 31a、31b、31c、31d 消耗者端口的部分[0076] 16 执行元件
[0077] 16a 执行元件的第一端部部分 32 开口
[0078] 16b 执行元件的第二端部部分 34 容纳室
[0079] 18 SMA元件 36 间隔壁
[0080] 18a SMA元件的第一端部 38 容纳室
[0081] 18b SMA元件的第二端部 40 凹进部
[0082] 18c SMA元件的中间部分 42 密封元件
[0083] 20 复位元件(螺旋弹簧) 44 压接连接器
[0084] 22 电路板 46 压接连接器的接纳部
[0085] 22a 电路板的上表面 48 压接连接器的部分
[0086] 50 夹紧装置 178a、178b、178c、178d、278 空气通道[0087] 52 突出部
[0088] 54 贯通孔 180 分隔壁
[0089] 56 槽 182 压力区域
[0090] 58 控制机构 184 排气区域
[0091] 60 密封元件 186 电子元器件区域
[0092] 62 拨动指 188、288 分隔壁
[0093] 64 复位元件 190 过渡部
[0094] 66 旋转点 B 执行元件的运动方向
[0095] 92 空气间隙 H 行程方向
[0096] 100 阀装置 R 复位方向
[0097] 106 壳体盖 A1 压接连接器的侧向凸起
[0098] 108、208 中间壳体 A2压接连接器的轴向凸起
[0099] 110 壳体底部
[0100] 116 执行元件
[0101] 131a、131b、131c、131d 消耗者端口的部分
[0102] 168 插塞式连接器
[0103] 170、270 压力端口
[0104] 172 止回阀
[0105] 174 阻尼泡沫件
[0106] 176、276 空气通道
