DE19858758C1 - Vorrichtung und Verfahren zur Hubübertragung - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Hubübertragung, aufweisend DOLLAR A - ein jeweils verschiebbares Hubelement (1) und Antriebselement (3), DOLLAR A - mindestens einen Hebel (2), welcher jeweils auf dem Antriebselement (3) aufliegt und jeweils auf dem Hubelement (1) und auf einem Lager (4) aufsetzbar ist, DOLLAR A wobei DOLLAR A - bei einer gleichzeitigen Auflage des Hebels (2) auf dem Hubelement (1), dem Antriebselement (3) und dem Lager (4) ein Primärhub (xp) über eine Hebelwirkung der Hebel (2) auf das Hubelement (1) übertragbar ist, und DOLLAR A - mit sich änderndem Primärhub (xp) ein Hubfaktor (PI) durch Änderung mindestens eines Kontaktpunktes (5, 6, 7, 71, ..., 7n, 71', ..., 7n') veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Hubübertragung zwischen einem Antriebselement und einem Hubelement.

Eine Hubübertragung wird oft in einem Bereich eingesetzt, in dem eine Trennung eines Antriebssystems in ein Antriebsele­ ment und ein Hubelement vorteilhaft ist, beispielsweise auf­ grund einer vereinfachten Herstellung, einer werkstofftech­ nisch unterschiedlichen Ausführung oder einer Hubänderung.

Bei der Hubübertragung stellt sich ein bestimmtes Verhältnis zwischen dem Sekundärhub xs des Hubelementes und dem Primär­ hub xp des Antriebselementes ein, ausgedrückt durch den Hub­ faktor Π = xs/xp.

Eine Hubuntersetzung, entsprechend einem Hubfaktor Π < 1, wird beispielsweise in Systemen realisiert, bei denen ein vergleichsweise großhubiger Motor ein Hubelement mit einem kleinen Stellweg antreiben soll.

Eine neutrale Hubübertragung, entsprechend einem Hubfaktor Π = 1, ist beispielsweise gewünscht, falls der Hub eines Stell­ antriebs präzise über ein werkstofftechnisch unterschiedlich ausgeführtes Hubelement weitergegeben werden soll.

Eine Hubübersetzung tritt bei einem Hubfaktor Π < 1 auf, beispielsweise bei kleinhubigen Aktoren, deren Hub über ein Hubelement zur notwendigen Anwendungssicherheit vergrößert werden soll.

Zur Hubübertragung, insbesondere bei der Hubübersetzung, ist aus DE 195 19 191 A1 und DE 43 06 072 C2 der Einsatz einer Hydraulikkammer zwischen dem Antriebselement und dem Hubele­ ment bekannt, wobei das Verhältnis der druckausgesetzten Flä­ che des Antriebselementes zur druckausgesetzten Fläche des Hubelementes direkt den Hubfaktor bestimmt.

Ein Problem bei der Hubübertragung besteht darin, daß oft eine Kombination von verschiedenen Arten der Hubübertragung benötigt wird, z. B. eine neutrale Hubübertragung am Anfang eines Betätigungsvorgangs mit folgender Hubübersetzung, z. B. bei einem Hubübertrag von einem piezoelektrischen Aktor auf eine Düsennadel zum Betrieb eines servoventil-gesteuerten Kraftstoff-Einspritzers.

Dabei muß zum anfänglichen, präzisen Öffnen einer Servoven­ tilkammer eine hohe Kraft aufgewendet werden. Unmittelbar nach dem Aufstoßen fällt der Druck in der Ventilkammer auf einen geringen Wert ab, so daß zum weiteren Öffnen eine we­ sentlich geringere Kraft ausreicht. Zur Reproduzierbarkeit des Öffnungsverhaltens innerhalb enger Toleranzen (Einspritz­ menge, Spritzbeginn) ist eine weite Öffnung der Ventilkammer erforderlich. Aufgrund des geringen Nutzhubes des Piezoaktors ist dazu eine Hubübersetzung notwendig.

Aus Winfried Oppelt: "Kleines Handbuch technischer Regelvor­ gänge", Verlag Chemie GmbH, Weinheim/Bergstraße, 1964, S. 259, Tafel 26,2, erste Spalte, zweites Bild, ist ein Hubüber­ setzung bekannt, bei der eine Hubübertragung zwischen zwei drehbar aufgehängten Balken beschrieben wird. Zwischen den Balken ist ein Rolle eingeklemmt, deren Position zwischen den Balken von außen verstellbar ist. Durch die externe Einstel­ lung dieser Position ist ein Hubfaktor änderbar.

In DE 41 29 832 A1 ist eine Kraftverstärkung offenbart, deren Aufgabe es ist, bei kompakter Bauweise eine große Kraftverstärkung hervorzubringen, eine Selbsthemmung zu vermeiden und die Kraft linear zu verstärken. Dazu weist die Kraftverstärkung einen an einer Basis gelagerten Hebel mit einer Kraftquelle und einer Spannquelle auf, wobei die Kraftquelle eingespannt ist.

Aus DE 197 10 601 A1 ist ein Bewegungsgenerator bekannt, der zur Umwandlung einer linearen Bewegung in eine Rotations­ bewegung dient.

Eine Methode zur Hubübertragung mit vom Primärhub xp abhängi­ gen Hubfaktor Π ist nicht bekannt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglich­ keit zur Hubübertragung mit variablem Hubfaktor Π bereitzu­ stellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 sowie mittels eines Verfahrens gemäß der Merkmale der Ansprüche 13 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltungen sind den nachgeordneten Ansprüchen entnehmbar.

Dazu werden ein verschiebbares Antriebselement, ein in die gleiche Richtung verschiebbares Hubelement und mindestens ein Hebel verwendet.

Falls nichts anderes ausgesagt, wird zum besseren Verständnis unter "ein Hebel" mindestens ein Hebel verstanden, während die Einzahl mittels "genau ein Hebel" ausgedrückt wird.

Der Hebel liegt dauernd auf dem Antriebselement auf und ist auf dem Hubelement und auf einem Lager aufsetzbar. Bei wel­ chem Primärhub xp der Hebel tatsächlich auf dem Hubelement und dem Lager aufliegt, hängt von der jeweiligen Ausführungs­ form und vom Primärhub xp ab.

Falls aber eine gleichzeitige Auflage des Hebels auf dem Hub­ element, dem Antriebselement und dem Lager vorhanden ist, re­ sultiert daraus eine Hebelwirkung, so daß der Primärhub xp über die Hebelwirkung des Hebels auf das Hubelement übertrag­ bar ist. Dabei ist der Hubfaktor Π variabel einstellbar, also < 1, = 1 oder < 1.

Bei vorliegender Hebelwirkung wird eine primäre Antriebskraft vom Antriebselement über einen Krafteinleitungspunkt auf den Hebel und von dort über einen Hubpunkt auf das Hubelement übertragen. Der Hebel stützt sich an einem Drehpunkt auf dem Lager auf. Der Bereich des einseitigen Hebels zwischen Drehpunkt und Krafteinleitungspunkt entspricht somit einem Kraftarm der Länge L1 und der Bereich zwischen Hubpunkt und Drehpunkt einem Lastarm der Länge L1 + L2, welche auch als wirksame Hebellänge bezeichnet wird.

Weiterhin ist die Hubübertragung so gestaltet, daß mit sich änderndem Primärhub xp der Hubfaktor Π mindestens einmal durch Änderung mindestens eines Kontaktpunktes veränderbar ist.

Unter einem Kontaktpunkt wird ein Drehpunkt, ein Hubpunkt bzw. ein Krafteinleitungspunkt verstanden. Unter einer Ände­ rung eines Kontaktpunktes wird eine Änderung einer Kontaktbe­ dingung verstanden, also sowohl eine Herstellung eines Kon­ taktes, z. B. durch Aufsetzen des Hebels, als auch ein Wech­ sel des Drehpunktes, Hubpunktes oder Krafteinleitungspunktes.

Eine solche mechanische Hubübertragung besitzt den Vorteil, daß gegenüber einer hydraulischen oder mechanisch-hydrauli­ schen Hubübertragung auf die Verwendung einer Fluidkammer verzichtet werden kann. Dadurch ergibt sich z. B. der Vor­ teil, daß der Sekundärhub xs weitgehend unabhängig von der Betätigungsdauer ist.

Zudem ergibt sich der Vorteil einer verzögerungsfreien Hubübertragung.

Auch ist günstigerweise eine sehr flexible geometrische Aus­ gestaltung der einzelnen Bauteile möglich, so daß der Hubfak­ tor Π in einem weiten Bereich variierbar ist. So ist er, ab­ hängig vom Primärhub xp, stetig oder sprunghaft veränderbar. Der Hubfaktors Π kann z. B. wachsend, konstant, sinkend oder daraus beliebig kombiniert eingestellt werden.

Es ist zur einfachen Einstellung des Hubfaktors Π vorteil­ haft, wenn der Hebel jeweils dauernd an einem Drehpunkt auf dem Lager aufliegt. In der Ausgangsstellung, also bei einem Primärhub xp = 0, liegt das Hubelement lose auf dem Antriebs­ element auf, und es ist ein Abstand h zwischen dem Hebel und dem Hubelement vorhanden.

Bei einer Betätigung wird mittels einer Vergrößerung des Pri­ märhubs xp der Abstand h solange verringert, bis der Hebel an einem Umschaltpunkt xp = xt auf dem Hubelement aufsetzt. Da­ durch wird eine Hebelwirkung der Hebel auf das Hubelement übertragbar. In diesem Fall entspricht also die Änderung ei­ nes Kontaktpunktes dem Aufsetzen des Hebel auf dem Hubele­ ment.

Ist der Primärhub xp noch kleiner oder gleich als der Um­ schaltpunkt xt, d. h. xp ≦ xt, so beträgt aufgrund des direk­ ten mechanischen Kontaktes zwischen Antriebselement und Hub­ element der Hubfaktor Π = 1. Für xp < xt gilt hingegen im allgemeinem Π < 1.

Zur einfachen Konstruktion, insbesondere beim Anwendung in einem servoventil-gesteuerten Kraftstoff-Einspritzer, wird für xp < xt ein Hubfaktor Π zwischen 1 (z. B. anfängliche Öffnung des Servoventils mit hoher Kraft) bis 10 (z. B. wei­ tes Aufstoßen im Anschluß) bevorzugt.

Es kann zur einfacheren Justage günstig sein, in Aus­ gangsstellung den Hebels am Hubelement und nicht am Lager aufzusetzen, so daß ein Abstand zwischen Hebel und Lager auf­ tritt. Die Wirkweise einer solchen Konstruktion ist analog zu derjenigen mit einem Abstand zwischen Hebel und Hubelement.

Es ist zur variablen Einstellung des Hubfaktors Π vorteil­ haft, falls der Hebel dauernd auf dem Hubelement und dem La­ ger aufsitzt, so daß über den gesamten Hubvorgang ein mecha­ nischer Kraftschluß zwischen Antriebselement und Hubelement über die Hebel vorliegt. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Hebelwirkung andauernd gegeben ist.

In Ausgangsstellung liegt dazu jeder Hebel jeweils über einen inneren Krafteinleitungspunkt auf dem Antriebselement auf. In der Ausgangsstellung bei xp = 0 kann zusätzlich ein direkter mechanischer Kontakt zwischen Antriebselement und Hubelement gegeben sein.

Bei sich änderndem Primärhub xp wird der Hebel so bewegt, daß jeweils der Krafteinleitungspunkt veränderbar ist. Mittels Änderung des Krafteinleitungspunktes ist wiederum der Hubfak­ tor Π veränderbar.

Dabei kann sich der Hubfaktor Π zumindest bereichsweise in­ nerhalb eines Hubintervalls {xp} ändern, er kann aber auch bereichsweise konstant bleiben.

Es ist zur schnellen Änderung des Hubfaktors Π vorteilhaft, wenn die äußeren Krafteinleitungspunkte, d. h. alle Krafteinleitungspunkte außer demjenigen für xp = 0, voneinan­ der räumlich separiert sind. Dadurch kann eine sprunghafte Änderung des Hubfaktors Π bei stetiger Änderung des Primär­ hubs xp erreicht werden.

Zur vielseitigen Einstellung des Hubfaktors Π ist es vor­ teilhaft, wenn die (inneren und äußeren) Krafteinleitungs­ punkte mindestens bereichsweise kontinuierlich, d. h. räum­ lich ineinander übergehend, angeordnet sind. So ist es mög­ lich, den Hubfaktor Π stetig bei stetiger Änderung des Pri­ märhubs xp zu variieren.

Dazu ist es günstig, wenn der Hebel jeweils auf einer minde­ stens bereichsweise gekrümmten Fläche des Antriebselementes aufliegt, so daß mittels des Primärhubs xp mindestens be­ reichsweise eine kontinuierliche Änderung des Hubfaktors Π einstellbar ist.

Dies kann vorteilhafterweise dadurch geschehen, daß die Ober­ fläche abwechselnd konvex und konkav gekrümmt ist, so daß der Hubfaktor Π zwischen stetigen Sprüngen kontinuierlich verän­ derbar ist und zudem Werte < 1, = 1 und < 1 annehmen kann.

Es ist weiterhin zur präzisen Hubübertragung vorteilhaft, wenn genau ein Hebel vorhanden ist, weil dadurch eine aufwen­ dige, z. B. durch Herstellungstoleranzen bedingte, Justage der Position mehrerer Hebel vermeidbar ist.

Es ist günstig, falls ein Primärhub xp von 10 µm bis 100 µm ausführbar ist. Dies ist typischerweise der Fall, wenn das Antriebselement von einem Piezoaktor oder einem magneto- oder elektrostriktiven Element angetrieben wird. Dabei wird eine Verwendung eines keramischen Vielschicht-Piezoaktors beson­ ders bevorzugt.

Der Einsatz eines Hubübersetzers in einem Kraftstoff-Ein­ spritzer ist wegen der verzögerungsfreien Schaltung besonders vorteilhaft.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Hubübertragung schematisch näher dargestellt,

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Hubübertragung mit änder­ barem Hubfaktor Π,

Fig. 2a bis Fig. 2c zeigen einen Hubübertrager in verschie­ denen Stadien eines Hubvorgangs,

Fig. 3a bis Fig. 3c stellen die Abhängigkeit verschiedener Variablen des Hubübertragers zueinander dar,

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Hubübertra­ gers,

Fig. 5 zeigt noch eine Ausführungsform eines Hubübertragers.

In Fig. 1 ist als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein Mittel zur Hubübertragung in Ausgangsstellung dargestellt, bei dem während eines Hubvorgangs zwei unterschiedliche Hub­ faktoren Π nutzbar sind.

Ein Hubelement 1 sitzt lose auf einem Antriebselement 3 auf. Es sind zwei einseitige Hebel 2 dargestellt, welche jeweils an einem Krafteinleitungspunkt 7 auf dem Antriebselement 3 aufliegen. Jeder Hebel 2 liegt zusätzlich an einem Drehpunkt 5 eines Lagers 4 auf. Die Hebel 2 sind zudem jeweils an einem Hubpunkt 6 auf dem Hubelement 1 aufsetzbar, in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel durch Aufsatz auf eine dem Antriebselement 3 zugewandte Aufsatzfläche 9.

Das Hubelement 1 und das Antriebselement 3 sind so ausge­ führt, daß sie jeweils entweder unter einer beliebigen Dre­ hung um die Rotationsachse I (vollkommen rotationssymme­ trisch) oder nach einer Drehung um einen Winkel von 360°/n (n-fach rotationssymmetrisch) geometrisch ähnlich in sich selbst überführbar sind.

Beispielsweise können n Hebel (n ∈ N ₊) gleichmäßig in einem Winkelabstand von 360°/n zueinander verteilt sein, das Hub­ element 1 vollkommen rotationssymmetrisch ausgeführt sein und das Antriebselement 3 in einem Winkelabstand von 360°/n Stege als Krafteinleitungspunkte 7 aufweisen. Das Antriebselement 3 kann aber auch vollkommen rotationssymmetrisch ausgeführt sein, so daß die Krafteinleitungspunkte 7 auf einem Ring des Antriebselement 3 um die Rotationsachse I liegen. In diesem Ausführungsbeispiel werden ein vollkommen rotationssymmetri­ sches Antriebselement 3 und n = 3 Hebel bevorzugt.

Der Abstand zwischen Hubpunkt 6 und Drehpunkt 5 wird als Lastarm der Länge L1 + L2 und der Abstand zwischen Krafteinlei­ tungspunkt 7 und Drehpunkt 5 wird als Kraftarm der Länge L1 bezeichnet.

In Ausgangsstellung bei einem Primärhub xp = 0 des Antriebs­ elementes 3 ist dieses so weit zurückgezogen, daß im Bereich des Hubpunktes 6 ein Abstand h zwischen Hebel 2 und Hubele­ ment 1 besteht. Aus xp = 0 folgt, daß auch der Sekundärhub xs = 0 ist. In Ausgangsstellung tritt also keine Hebelwirkung über die Hebel 2 auf, sondern es existiert ausschließlich ein direkter Kraftschluß über die Kontaktfläche von Hubelement 1 und Antriebselement 3.

Während eines Betätigungsvorgangs mittels der Aufbringung ei­ ner primären Antriebskraft Fp entlang der Rotationsachse I wird der Primärhub xp relativ zum Lager 4 erhöht. Die primäre Antriebskraft Fp wird über einen Stellantrieb, z. B. einen Piezoaktor, aufgebracht, wobei das Antriebselement 3 ein Teil des Stellantriebs sein kann. Mittels der Bewegung des An­ triebselementes 3 wird das Hubelement 1 um seinen Sekundärhub xs in die gleiche Richtung verschoben, wobei eine sekundäre Antriebskraft Fs weiterleitbar ist.

Fig. 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht schema­ tisch einen Hubübertrager gemäß Fig. 1, und zwar in Aus­ gangsstellung (Fig. 2a), zum Zeitpunkt des Aufsetzens der Hebel 2 auf dem Hubelement 1 (Fig. 2b), und nach Einsetzen der Hebelwirkung (Fig. 2c).

Fig. 2a zeigt das zu Fig. 1 analoge Bild des Hubübertragers in Ausgangsstellung.

Fig. 2b zeigt den Hubübertrager, wenn der Primärhub xp den Umschaltpunkt xt = h . (L1/L2) erreicht, bei dem die Hebel 2 am Hubpunkt 6 auf der Auflagefläche 9 des Hubelementes 1 zur Auflage kommen.

Die Bewegung zwischen den Zuständen aus Fig. 2a und Fig. 2b bei anwachsendem Primärhub xp zeichnet sich dadurch aus, daß aufgrund des direkten Kraftschlusses der Hubfaktor Π = 1 ist. Wegen der Verschiebung von Antriebselement 3 und Hubele­ ment 1 relativ zum Lager 4 verringert sich mit steigendem Hub xp bzw. xs der Abstand h zwischen Hubpunkt 6 und Hubelement 1 stetig.

Als Antriebsmittel zur Verschiebung des Antriebselementes 3 können alle Arten von Aktoren bzw. Stellantrieben eingesetzt werden. Zur schnellen Schaltung, besonders bei einer Verwen­ dung in einem servo-gesteuerten Kraftstoff-Einspritzer, bie­ tet sich ein Piezoaktor als Antriebsmittel an.

Fig. 2c zeigt den Hubübertrager bei einem Primärhub xp < xt.

Nach Aufsetzen der Hebel 2 auf das Hubelement 1 liegt eine Hebelwirkung vor, so daß nun ein Hubverhältnis Π = L2/L1, hier: Π < 1, vorliegt. Bei Hubübersetzung hebt das Hubele­ ment 1 vom Antriebselement 3 ab und wird allein aufgrund der Hebelwirkung verschoben.

Zur Vermeidung einer unerwünschten Verschiebung des Hubele­ mentes 1 bei einer thermisch bedingten Längenänderung des An­ triebselementes 3 kann in Ausgangsstellung zusätzlich zum Ab­ stand h ein Abstand zwischen Antriebselement 3 und Hubelement 1 vorgesehen werden.

Es ist somit möglich, einen ausschließlich vom Hub xp des An­ triebselementes 3 abhängigen Sekundärhub xs auszulösen. Gegenüber einer hydraulischen oder mechanisch-hydraulischen Hubübertragung ist diese rein mechanische Hubübertragung fluidunabhängig. Dadurch ergibt sich z. B. der Vorteil, daß der Sekundärhub xs weitgehend unabhängig von der Betätigungs­ dauer ist.

Fig. 3 zeigt für ein mittels eines piezoelektrischen Aktors angetriebenes Antriebselement 3 eine Auftragung des Sekundär­ hubs xs gegen den Primärhub xp (Fig. 3a), eine Auftragung der sekundären Antriebskraft Fs des Hubelementes 1 gegen den Primärhub xp (Fig. 3b) und eine Auftragung der sekundären Antriebskraft Fs gegen den Sekundärhub xs (Fig. 3c), jeweils für einen reinen Hebelantrieb mit Hubfaktor Π = 2 (grob ge­ strichelt), einen reinen mechanischen Direktantrieb (fein ge­ strichelt) mit Hubfaktor Π = 1 und einen Hubübertrager nach Fig. 1 und 2 mit Hubfaktor Π = 1 und Π = 2 (durchgezogene Linie).

In Fig. 3a wird dokumentiert, daß anfänglich der Hubübertra­ ger mit dem gleichen Hubfaktor Π = 1 überträgt wie der Direktantrieb und nach Erreichen des Umschaltpunktes xt = 10 (in beliebigen Einheiten) auf den Hubfaktor Π = 2 des Hebel­ antriebs umschaltet.

Fig. 3b zeigt, daß bis zum Erreichen des Umschaltpunktes xt die Werte des Hubübertragers denjenigen des Direktantriebs entsprechen und nach Erreichen des Umschaltpunktes xt schnell auf die Werte des reinen Hebelantriebs abfallen.

In Fig. 3c wird gezeigt, daß nach Erreichen des Umschalt­ punktes xt die sekundäre Antriebskraft Fs des Hubübertragers unter den Wert für den Hebelantrieb absinkt, wobei der Unter­ schied aufgrund des ursprünglichen Abstands h zwischen Hebel 2 und Hubelement 1 am Hubübertrager zustande kommt.

Es ist somit aus den Fig. 3a bis 3c klar ersichtlich, daß mittels des Hubübertragers zu Beginn des Betätigungsvorgangs eine hohe Kraft übertragbar ist, und nach Umschalten auf eine rein hebelunterstützte Antriebsweise die Wegcharakteristik eines reinen Hebelantriebs ausgenutzt wird.

Fig. 4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hubübertragers in Aus­ gangsstellung.

In Ausgangsstellung liegen die mindestens zwei Hebel 2 an ei­ nem inneren Krafteinleitungspunkt 71 auf dem Antriebselement 3 auf. Gleichzeitig liegt das Hubelement 1 an jeweils einem Hubpunkt 6 auf den Hebeln 2 und an einem Drehpunkt 5 auf dem Lager 4 auf. Somit wird durch die Hebel 2 ein mechanischer Kraftschluß zwischen dem Antriebselement 3 und dem Hubelement 1 vermittelt.

Der innere Krafteinleitungspunkt 71 und der Hubpunkt 6 eines Hebels 2 liegen auf einer zur Rotationsachse I parallelen Li­ nie. Dadurch wird erreicht, daß bei Aufsatz des Hebels 2 nur am inneren Krafteinleitungspunkt 71 die Länge L1 des Kraft­ arms der gesamten wirksamen Hebellänge L1 + L2 entspricht, so daß wegen der fehlenden Hebelwirkung eine neutrale Hubüber­ tragung Π = 1 auftritt.

Bei einem Betätigungsvorgang wird das Antriebselement 3 ent­ lang der Rotationsachse I relativ zum Lager 4 verschoben. Weil die Länge L1 des Kraftarms gleich der wirksamen Länge L1 + L2 des Hebel 2 ist, wird mittels der Hebel 2 keine Hebelwirkung erzeugt, sondern der Primärhub xp direkt hubverlustfrei auf das Hubelement 1 übertragen. Gleichzeitig werden durch die Bewegung des Hubelementes 3 relativ zu den Lagern 4 die Hebel 2 in Richtung des Antriebselementes 3 verdreht, wobei der innere Krafteinleitungspunkt 71 als Angelpunkt wirkt.

Sobald der Primärhub xp so groß ist, daß die Hebel 2 auf ei­ nem anderen, äußeren Krafteinleitungspunkt 72, . . ., 7n (n ∈ N ₊) als dem inneren Krafteinleitungspunkt 71 aufsetzen (sich also ein Kontaktpunkt ändert), ändert sich die Länge L1 des Kraftarms, die nun kleiner ist als die Länge L1 + L2 des Lastarm.

Durch die Hebel 2 ist also ein Hubfaktor Π = 1 + L2/L1 gegeben, so daß sich mit weiter steigendem Primärhub xp die Hebel 2 vom inneren Krafteinleitungspunkt 71 abheben.

In diesem Ausführungsbeispiel existiert genau ein weiterer Krafteinleitungspunkt 72, der weiter von der Rotationsachse I entfernt ist als der innere Krafteinleitungpunkt 71. Es kön­ nen aber in einer anderen Aufführungsform beliebigen äußere Krafteinleitungspunkte 71, 72, . . ., 7n verwendet werden, wo­ bei gewöhnlich n mit der Entfernung von der Rotationsachse I wächst.

Bei weiterer Verschiebung des Antriebselementes 3 nach Auf­ setzen auf einen äußeren Krafteinleitungspunkt 72, . . ., 7(n-1) kann jeder Hebel 2 sukzessive auf weitere äußere Krafteinlei­ tungspunkte 73, . . ., 7n aufsetzen, wobei sich jedesmal die Länge des Kraftarmes L1 sprungartig verringert. Mittels einer solchen Anordnung können n Hubverhältnisse Π in Abhängigkeit vom Primärhub xp eingestellt werden.

In Fig. 5 ist in Ausgangsstellung ein weiteres Ausführungs­ beispiel als Schnittdarstellung in Seitenansicht dargestellt.

Hier sind im Gegensatz zu Fig. 4 keine diskreten Kraftein­ leitungspunkte 71, . . ., 7n mehr vorhanden, vielmehr setzen die Hebel 2 auf einer gekrümmten Fläche des Antriebselementes 3 auf, was einer Zuordnung n → ∞ entspricht.

Dadurch wird erreicht, daß bei einer Verschiebung des An­ triebselementes 3 eine kontinuierliche Änderung der Länge L1 des Kraftarms möglich ist.

Dabei kann die Oberfläche auch so gekrümmt sein, daß bei ei­ ner Verschiebung des Antriebselementes 3 eine neutrale Hubübertragung stattfindet.

Auch kann die Oberfläche so geformt sein, daß sich der Hub­ faktor Π lediglich abschnittsweise stetig ändert, beispiels­ weise indem die Oberfläche in Richtung des Hubelementes 1 ab­ schnittsweise konkav und konvex ausgebildet ist.

Es ist zur verbesserten Variation des Hubfaktors Π vorteil­ haft, wenn der mindestens eine Hebel 2 ebenfalls eine ge­ krümmte, mindestens auf einem Kontaktpunkt 5, 6, 7, 71, . . . , 7n, 71', . . ., 7n' aufliegende Oberfläche aufweist.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn genau ein Hebel 2 einge­ setzt wir, weil dann eine Justage mehrerer Hebel 2 zur Sicherstellung einer gleichen Hebelwirkung entfällt. Eine mögliche Dezentrierung des Hubelementes 1 kann mittels einer Führung des Hubelementes 1, z. B. in einer Bohrung, weitge­ hend ausgeglichen werden.

Als Hebellager eignen sich alle aus der Hebeltechnik bekann­ ten Ausführungen, z. B. Schneidenlager oder Rollen- und Bie­ gelager sowie Kombinationen derselben.

Auch kann ein anfänglicher direkter Kraftschluß zwischen An­ triebselement (3) und Hubelement (1) auch über seitlich an den Hebeln (2) vorbeiführenden Nocken erfolgen.

Bezugszeichenliste

1

Hubelement

2

Hebel

3

Antriebselement

4

Lager

5

Drehpunkt

6

Hubpunkt

7

Krafteinleitungspunkt

71

innerer Krafteinleitungspunkt

72

, . . .

7

n,

72

', . . .

7

n' äußere Krafteinleitungspunkte
Fp primäre Antriebskraft
Fs sekundäre Antriebskraft
h Abstand zwischen Hebel (

2

) und Hubelement (

1

)
I Rotationsachse
L1 Länge des Kraftarms
L1 + L2 Länge des Lastarms
xp Primärhub des Antriebselementes (

3

)
xs Sekundärhub des Hubelementes (

1

)
xt Umschaltpunkt
Π Hubfaktor

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Hubübertragung, aufweisend

• - ein verschiebbares Hubelement (1) und ein in die gleiche Richtung verschiebbares Antriebselement (3),
• - mindestens einen Hebel (2), welcher jeweils auf dem An­ triebselement (3) aufliegt und welcher jeweils auf dem Hub­ element (1) und auf einem Lager (4) aufsetzbar ist,wobei
• - bei einer gleichzeitigen Auflage des mindestens einen He­ bels (2) auf dem Hubelement (1), dem Antriebselement (3) und dem Lager (4) ein Primärhub (xp) des Antriebselementes (3) über eine Hebelwirkung des mindestens einen Hebels (2) auf das Hubelement (I) übertragbar ist, und
• - ein Hubfaktor (Π) durch eine Änderung mindestens eines Kontaktpunktes (5, 6, 7, 71, . . ., 7n, 71', . . ., 7n') des mindestens einen Hebels (2) in Abhängigkeit vom Primärhub (xp) selbsttätig veränderbar ist.

2. Vorrichtung zur Hubübertragung nach Anspruch 1, bei der

• - der mindestens eine Hebel (2) jeweils an einem Drehpunkt (5) auf dem Lager (4) aufliegt, und
• - in Ausgangsstellung das Hubelement (1) und das Antriebsele­ ment (3) lose aufeinander aufsitzen, und ein Abstand (h) zwischen dem Hebel (2) und dem Hubelement (2) vorhanden ist, und
• - mittels eines vergrößerbaren Primärhubs (xp) der Abstand (h) solange verringerbar ist, bis ab einem Aufsetzen minde­ stens eines Hebels (2) auf dem Hubelement (1) der Primärhub (xp) über eine Hebelwirkung auf das Hubelement (1) über­ tragbar ist.

3. Vorrichtung zur Hubübertragung nach Anspruch 1, bei der

• - der mindestens eine Hebel (2) jeweils am Hubpunkt (6) auf dem Hubelement (1) aufliegt, und
• - in Ausgangsstellung das Hubelement (1) und das Antriebsele­ ment (3) lose aufeinander aufsitzen, und
• - ein Abstand zwischen dem Hebel (2) und dem Lager (4) vor­ handen ist, und
• - mittels eines vergrößerbaren Primärhubs (xp) der Abstand solange verringerbar ist, bis ab einem Aufsetzen mindestens eines Hebels (2) auf dem Lager (4) der Primärhub (xp) über eine Hebelwirkung auf das Hubelement (1) übertragbar ist.

4. Vorrichtung zur Hubübertragung nach Anspruch 1, bei der

• - der mindestens eine Hebel (2) auf dem Hubelement (1) und dem Lager (4) aufsitzt, so daß ein mechanischer Kraftschluß zwischen Antriebselement (3) und Hubelement (1) über minde­ stens einen Hebel (2) vorliegt,wobei
• - in Ausgangsstellung der mindestens ein Hebel (2) jeweils an einem inneren Krafteinleitungspunkt (71, 71') des Antriebs­ elementes (3) aufliegt,
• - bei sich änderndem Hub (xp) des Antriebselementes (3) die Hebel (2) so bewegbar sind, daß sie jeweils auf einem äuße­ ren Krafteinleitungspunkt (72, . . ., 7n, 72', . . ., 7n') auf­ setzbar sind, so daß der Hubfaktor (Π) mindestens be­ reichsweise veränderbar ist.

5. Vorrichtung zur Hubübertragung nach Anspruch 4, bei der die äußeren Krafteinleitungspunkte (72, . . ., 7n) voneinander räumlich separiert sind.

6. Vorrichtung zur Hubübertragung nach Anspruch 4, bei der die äußeren Krafteinleitungspunkte (72', . . ., 7n') mindestens bereichsweise räumlich kontinuierlich ineinander übergehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Hebel (2) jeweils auf einer mindestens bereichsweise ge­ krümmten Fläche des Antriebselementes (3) aufliegen, so daß mittels des Hubs (xp) des Antriebselementes (3) mindestens bereichsweise eine kontinuierliche Änderung des Hubfaktors (Π) einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der genau ein Hebel (2) vorhanden ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mittels des Antriebselementes (3) ein Hub (xp) von 10 µm bis 100 µm ausführbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Hubfaktor (Π) im Bereich zwischen 1 und 10 liegt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Antriebselement (3) mittels eines keramischen Viel­ schicht-Piezoaktors verschiebbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Einsatz in einem Kraftstoff-Einspritzer.

13. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 2,
bei dem
bei einem Betätigungsvorgang aus der Ausgangsstellung heraus das Antriebselement (3) das Hubelement (1) unter Verringerung des Abstands (h) hubverlustfrei so lange verschiebt, bis der mindestens eine Hebel (2) auf dem Hubelement (1) aufsetzt, worauf bei sich weiter vergrößerndem Primärhub (xp) das Hub­ element (6) durch den vom Antriebselement (3) über den Hebel (2) übertragenen Kraftschluß hubübersetzt verschoben wird.

14. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 5,
bei dem
bei einem Betätigungsvorgang aus der Ausgangsstellung heraus das Antriebselement (3) das Hubelement (1) über den minde­ stens einen Hebel (2) bei neutraler Hubübertragung so lange verschiebt,
bis durch einen Wechsel von einem inneren Krafteinleitungs­ punkt (71) zu einem äußeren Krafteinleitungspunkt (72, . . . ,7n) sich weiter vergrößerndem Primärhub (xp) das Hubelement (1) hubübersetzt verschoben wird.