CH710639B1 - Stickmaschine, Schwingungskompensator und Verfahren zum Kompensieren von Schwingungen bei einer Stickmaschine. - Google Patents

Abstract

Die Stickmaschine umfasst einen Schwingungskompensator (2) mit mindestens einem Massekörper (21a, 21b, 21c, 21d), der mit dem Maschinengestell verbunden ist, und der dazu ausgebildet ist, Kompensationskräfte auf das Maschinengestell auszuüben, welche den von den Stichbildungsorganen auf das Maschinengestell in Wirkrichtung der Sticknadeln (11) ausgeübten Kräften entgegenwirken. Der Schwingungskompensator (2) ist synchron zur Bewegung der Antriebswelle (3) antreibbar, dadurch werden Schwingungen des Maschinengestells minimiert.

Description

Beschreibung [0001] Gegenstand der Erfindung ist eine Stickmaschine, ein Schwingungskompensator für eine Stickmaschine sowie ein Verfahren zum Kompensieren von Schwingungen bei einer Stickmaschine gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1,8 und 9.

Bei Stickmaschinen, insbesondere bei Grossstickmaschinen und bei Kleinstickmaschinen und Steppmaschinen, wird eine Vielzahl von Stichbildungseinheiten von mindestens einem Antrieb angetrieben, um synchron aufeinanderfolgende Stichzyklen auszuführen. In der Regel erfolgt der Antrieb mittels mindestens einer gemeinsamen Antriebswelle, die sich über die gesamte Länge der Stickmaschine erstreckt. Diese Antriebswelle wird von mindestens einem Motor angetrieben und treibt Stichbildungsorgane bzw. Stickwerkzeuge einer Vielzahl von Stichbildungseinheiten an. Insbesondere werden bei jeder gekoppelten Stickstelle die Nadelstössel, die Fadenleiter und die Stoffdrücker nach vorgegebenen Bewegungsmustern zyklisch quer zur Antriebswelle hin- und herbewegt. Eine solche Stickmaschine ist beispielsweise aus der CH 691 688 A5 bekannt.

Allgemein sind die Stichbildungsorgane am Maschinengestell gelagert. Sie sind insbesondere an einem Träger bzw. Nadelwagen angeordnet, der am Maschinengestell ausgebildet bzw. mit dem Maschinengestell verbunden ist. Bei Kleinstickmaschinen sind mehrere Nadelköpfe, von denen jeder mehrere Nadelstössel umfasst, gemeinsam in Längsrichtung der Antriebswelle verschiebbar am Träger gelagert. Dabei sind nur jene Nadelstössel mit dem Antrieb gekoppelt, deren Lage mit den Kopplungspositionen am Träger übereinstimmt.

Bei Grossstickmaschinen sind die Positionen der einzelnen Stickstellen hingegen fest vorgegeben. Bei jeder Stickstelle ist ein Element zum individuellen Entkoppeln des zugehörigen Nadelpleuels von der Ein-Aus-Welle vorgesehen.

Beim Sticken werden über die Lagerstellen der Stichbildungsorgane Kräfte bzw. periodische Kraftverläufe auf den Träger bzw. das Maschinengestell ausgeübt. Diese Kräfte werden durch die Beschleunigung von Massen der Stichbildungsorgane verursacht. Die auf das Maschinengestell wirkenden Massekräfte sind abhängig von der Anzahl und der Lage der mit dem Antrieb gekoppelten Stickstellen. Die Stickstellen sind verteilt über die Länge der Antriebswelle angeordnet. Bei Kleinstickmaschinen liegt diese Länge typischerweise in der Grössenordnung von bis zu zehn Metern. Bei Grossstickmaschinen kann sie bis zu dreissig Meter betragen. Die Massekräfte der Stichbildungsorgane können abhängig von der jeweiligen Konfiguration von aktiven und inaktiven Stickstellen variieren. Der zeitliche Verlauf der Massekräfte resultiert aus einer Überlagerung der unterschiedlichen Bewegungsabläufe verschiedener Stichbildungsorgane, die an unterschiedlichen Stellen des Maschinengestells gelagert sind.

Von untergeordneter Bedeutung sind weitere auf den Träger einwirkende Kräfte wie z.B. die Kraft beim Andrücken der Stoffdrückerfinger an den zu bestickenden Stoff.

Solche periodisch auf das Maschinengestell einwirkenden Kraftverläufe können unerwünschte Schwingungen bzw. Vibrationen des Trägers bzw. des Maschinengestells verursachen. In Abhängigkeit der Drehzahl der Antriebswelle kann die Überlagerung von Schwingungen Resonanzen mit relativ hohen Schwingungsamplituden aufweisen. Solche positiven Überlagerungen von Schwingungen sind nicht nur als störender Lärm wahrnehmbar. Sie können sich auch einschränkend auf den nutzbaren Drehzahlbereich der Maschine auswirken, da sich Schwingungen des Maschinengestells auch an die Stichbildungsorgane übertragen. Eine kleinere maximale Drehzahl bedeutet eine geringe Maximalleistung und somit auch eine geringere Produktivität der Stickmaschine. Herkömmliche Ansätze, um störende Vibrationen bzw. Schwingungen des Maschinengestells zu reduzieren, sind z.B. lokale Anpassungen am Maschinengestell und/oder am Fundament, an dem das Maschinengestell verankert ist. Insbesondere können z.B. lokal die Steifigkeit bzw. Festigkeit des Maschinengestells erhöht und/oder an bestimmten Stellen des Maschinengestells und/oder des Fundaments die Masse vergrössert werden. Zudem verteuert ein grösserer Materialanteil solche Maschinen, bewirkt aber im Wesentlichen nur eine Verschiebung der Grenzdrehzahl hin zu höheren Frequenzen.

[0002] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stickmaschine zu schaffen, bei der durch Stichbildungsorgane verursachte Schwingungen bzw. Vibrationen des Maschinengestells wirksam reduziert werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Stickmaschine, durch einen Schwingungskompensator für eine Stickmaschine und durch ein Verfahren zum Kompensieren von Schwingungen bei einer Stickmaschine gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 8 und 9.

Die Stickmaschine umfasst mindestens einen mit dem Maschinengestell verbundenen Schwingungskompensator mit mindestens einem Massekörper, der synchron zur Bewegung der Antriebswelle zur Ausführung eines zyklischen Bewegungsablaufs antreibbar ist. Durch Beschleunigungen dieses Massekörpers bzw. dieser Massekörper werden Kräfte bzw. periodische Kraftverläufe auf das Maschinengestell ausgeübt, die den Kraftverläufen der Stichbildungsorgane derart entgegenwirken, dass die resultierende Schwingungsamplitude des Maschinengestells verkleinert bzw. minimiert wird. Die durch die Stichbildungsorgane verursachten Krafteinwirkungen auf das Maschinengestell werden somit mindestens teilweise durch die vom Schwingungskompensator verursachten Kraftverläufe kompensiert. Eine vollständige Auslöschung bzw. Kompensation der Schwingungen bzw. der verursachenden Kräfte ist wegen der Komplexität des Systems, insbesondere auch wegen der unterschiedlichen Ankopplungsstellen der auf das Maschinengestell wirkenden Kräfte, nicht möglich. Ohne weitere Hinweise ist der Ausdruck «Kompensation» als «teilweise Kompensation» zu verstehen, wobei der Schwingungskompensator einen möglichst komplementären Kraftverlauf zum Kraftverlauf der stichbildenden Organe auf das Maschinengestell ausübt und so die Schwingungsamplitude des Maschinengestells verkleinert bzw. minimiert.

CH 710 639 B1

Vorzugsweise erfolgt der Antrieb des Massekörpers durch mechanische Kopplung mit der Antriebswelle der Stickmaschine. Insbesondere kann der Massekörper bzw. einer der Massekörper exzentrisch direkt mit der Antriebswelle verbunden werden.

Zusätzlich oder alternativ zur Antriebswelle können andere bzw. weitere Ausgleichswellen vorgesehen sein, die parallel zur Antriebswelle ausgerichtet sind und mit gleichem oder gegenläufigem Drehsinn mit der durch die Antriebswelle vorgegebenen Grunddrehzahl oder einem mehrfachen dieser Grunddrehzahl antreibbar sind.

Vorzugsweise umfasst jeder Schwingungskompensator für die Grunddrehzahl und mindestens eine weitere Drehzahl je zwei Ausgleichswellen mit gegenläufigem Drehsinn. Die Massekörper an je zwei Ausgleichswellen mit gleicher Drehzahl sind gleich ausgebildet und so an diesen Ausgleichswellen befestigt, dass sich ihre Fliehkräfte in Wirkrichtung der Sticknadeln positiv überlagern bzw. addieren, in quer dazu liegender Richtung hingegen aufheben.

Die Winkellagen der Massekörper an den synchron zur Antriebswelle drehbaren Ausgleichswellen werden so eingestellt, dass der vom Schwingungskompensator beim Drehen der Antriebswelle bewirkte Kraftverlauf während einer Umdrehung der Hauptwelle bestmöglich komplementär zum Kraftverlauf der stichbildenden Organe ist.

Als besonders vorteilhaft für die Bewegungsübertragung zwischen drehbaren Wellen erweisen sich Zahnriemen, da sie wartungsfrei sind und im Vergleich zu Zahnrädern geräuscharm arbeiten. Dies gilt sowohl für die Bewegungsübertragung von der Antriebswelle der Stickmaschine an eine parallele Hauptwelle bzw. erste Ausgleichswelle des Schwingungskompensators als auch für die Übertragung von Bewegungen auf möglicherweise vorhandene weitere drehbare Ausgleichswellen des Schwingungskompensators. Das Verhältnis zwischen der Drehzahl der ersten Ausgleichswelle und der Antriebswelle ist durch die Wirkverbindung mittels Zahnriemen fest vorgegeben. Vorzugsweise ist dieses erste Verhältnis 1:1, da in der Regel pro Umdrehung der Antriebswelle ein vollständiger Stichzyklus ausgeführt wird. Durch die Hin- und Herbewegung der Stichbildungsorgane während eines Stichzyklus entspricht dies auch der Grundfrequenz der an das Maschinengestell übertragenen Kräfte.

Die Übertragung von Kräften bei der Grossstickmaschine an das Maschinengestell wird hauptsächlich durch die horizontale Hin- und Herbewegung der Stichbildungsorgane quer zur Antriebswelle in Wirkrichtung der Sticknadeln verursacht, da diese Drehmomente auf das Maschinengestell ausüben, welches unten an einem Fundament mit grosser Masse verankert ist. Kräfte, die beim Antreiben der Stichbildungsorgane in vertikaler Richtung bzw. in Richtung des Fundaments auf das Maschinengestell wirken, sind für den Schwingungskompensator von untergeordneter Bedeutung. Deshalb genügt es in einer ersten Näherung, den Schwingungskompensator so auszubilden, dass er Schwingungsamplituden des Maschinengestells in horizontaler Richtung verringern kann.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Eingrenzung der Ausgleichsrichtung von Fliehkräften dadurch erreicht, dass der Schwingungskompensator zusätzlich zur ersten Ausgleichswelle eine parallele zweite Ausgleichswelle umfasst, die so mit der ersten Ausgleichswelle gekoppelt ist, dass sie mit gegenläufigem Drehsinn und gleicher Drehzahl antreibbar ist. An den beiden Ausgleichswellen sind exzentrische Massekörper so angeordnet und ausgebildet, dass sich ihre auf die jeweiligen Wellen ausgeübten Fliehkräfte in Richtung der Hin- und Herbewegung der Stichbildungsorgane addieren und quer dazu, also in vertikaler Richtung, zumindest näherungsweise vollständig kompensieren. Die Lagewinkel der exzentrischen Massekörper an den Ausgleichswellen werden so festgelegt, dass ihre Fliehkräfte jenen der Stichbildungsorgane in Richtung der Hin- und Herbewegung dieser Organe entgegengerichtet sind. Bei geeigneter Masse und Anordnung der exzentrischen Massekörper kann die Amplitude der von den Stichbildungsorganen verursachten Schwingungen des Maschinengestells bereits deutlich reduziert werden.

Da die zeitlichen Abläufe der zyklischen Bewegungen der Stichbildungsorgane gegenüber einer sinusförmigen Bewegung Abweichungen und somit auch zusätzlich unterschiedliche Beschleunigungen und Verzögerungen aufweisen, haben auch die an das Maschinengestell übertragenen Schwingungen keine reine Sinusform. Im Weiteren überlagern sich am Maschinengestell Schwingungen von Stichbildungsorganen einer Vielzahl von Stickstellen, die entlang der Antriebswelle angeordnet sind. Der zeitliche Verlauf der Schwingung bzw. der Auslenkung bezüglich der Ruhelage an einer bestimmten Stelle des Maschinengestells und insbesondere deren Maximalwerte sind von verschiedenen Faktoren abhängig. Solche Faktoren sind beispielsweise die Anzahl und Anordnung von Stützstellen, an denen das Maschinengestell am Fundament verankert ist, die Lage am Maschinengestell, insbesondere die Abstände zu benachbarten Stützstellen des Maschinengestells und die Anzahl und Anordnung aktiven Nadelstössel.

Trotz dieser Komplexität zeigt die Erfindung einen Weg auf, wie die an das Maschinengestell übertragenen Schwingungen weiter reduziert werden können.

Eine weitere Analyse des Bewegungsablaufs bzw. der Beschleunigungen der Massen der Stichbildungsorgane zeigt, dass durch eine oder mehrere der folgenden Massnahmen eine weitere Optimierung der Reduktion von Schwingungen des Maschinengestells erreicht werden kann.

Die Ausbildung des Schwingungskompensators zum Erzeugen von Schwingungen mindestens einer höheren Ordnung, also beispielsweise Schwingungen mit zwei-, drei- oder vierfacher Frequenz der durch die Drehzahl der Antriebswelle vorgegebenen Grundfrequenz. Dies kann analog zur Erzeugung der Schwingungen mit der Grundfrequenz erfolgen, wobei zwei weitere Ausgleichswellen mit exzentrischen Massekörpern und gegenläufigem Drehsinn über ein Getriebe mit dem entsprechenden Übersetzungsverhältnis von der Antriebswelle angetrieben werden. Wiederum werden auch bei diesen Ausgleichswellen höherer Ordnung die Massen der Massekörper, deren radialer Abstand zu den jeweiligen Drehachsen und deren Winkellage so festgelegt, dass die Maxima der von den Stichbildungsorganen verursachten resultierenden Schwingung des Maschinengestells weiter minimiert werden.

CH 710 639 B1 [0003] Anstelle eines einzigen Schwingungskompensators können am Maschinengestell einer Stickmaschine auch mehrere Schwingungskompensatoren z.B. gleichmässig verteilt angeordnet und befestigt werden. Die Lage des bzw. der Schwingungskompensatoren relativ zu den benachbarten Stützstellen des Maschinengestells kann die Einleitung und Wirkung der von den Schwingungskompensatoren generierten Kompensationskräfte mit beeinflussen. Bei Kleinstickmaschinen wird der zu bestickende Stoff unterhalb des Nadelwagens bzw. Trägers in einer horizontalen Ebene gespannt gehalten. Der Nadelwagen ist deshalb nur an seinen beiden Enden verankert, wodurch der ungestützte Bereich zwischen diesen Stützstellen vergleichsweise lang ist.

Bei Grossstickmaschinen hingegen ist der Nadelwagen an mehreren Stützstellen abgestützt, die in der Regel in Abständen der Grössenordnung von etwa zwei Metern verteilt über die gesamte Länge des Maschinengestells angeordnet sind. Bei solchen Stickmaschinen werden die Schwingungskompensatoren vorzugsweise bei den Stützstellen angeordnet.

Die für die einzelnen Schwingungskompensatoren geeigneten Ausgleichsmassen und die Abstände der Schwerpunkte dieser Ausgleichsmassen von den Drehachsen der zugehörigen Ausgleichswellen werden so festgelegt, dass die resultierende Kraftkomponente dieser Ausgleichsmassen in Wirkrichtung der Sticknadeln beim Drehen der Antriebswelle der entsprechenden resultierenden Kraftkomponente der stichbildenden Organe möglichst gut entgegenwirkt. Falls mehrere Schwingungskompensatoren am Maschinengestell befestigt sind, wird das Maschinengestell in Längsrichtung in mehrere entsprechende Wirkabschnitte unterteilt. Zur Ermittlung der geeigneten Ausgleichsmassen werden bei jedem der Schwingungskompensatoren jeweils nur die Kraftkomponenten der stichbildenden Organe im jeweils gleichen Wirkabschnitt berücksichtigt.

Die resultierende Kraftkomponente der stichbildenden Organe in einem Wirkabschnitt ist eine periodische Funktion, die sich als Fourierreihe darstellen lässt. Der erste Fourierkoeffizient entspricht jener Kraftkomponente, die in diesem Wirkabschnitt durch die Zentrifugalkräfte der beiden exzentrischen Massekörper kompensiert wird, die an den mit der Grundfrequenz rotierenden Ausgleichswellen gehalten sind.

Der zweite Fourierkoeffizient entspricht in analoger Weise jener Kraftkomponente, die in diesem Wirkabschnitt durch die Zentrifugalkräfte der beiden exzentrischen Massekörper kompensiert wird, die an den mit der zweifachen Grundfrequenz rotierenden Ausgleichswellen gehalten sind. Aus der Zentrifugalkraft kann für jeden der Massekörper bei gegebenem Abstand des Schwerpunkts von der Drehachse der zugehörigen Antriebswelle die erforderliche Masse ermittelt werden oder umgekehrt.

Alternativ kann die Ermittlung geeigneter Ausgleichsmassen und geeigneter Abstände der Schwerpunkte dieser Ausgleichsmassen von den jeweiligen Drehachsen auch experimentell erfolgen. Dabei kann für unterschiedliche Konstellationen der Massekörper das Schwingverhalten der Maschine entweder subjektiv durch die Wahrnehmung einer Person oder objektiv mittels geeigneter Schwingungssensoren, welche die Schwingungen des Maschinengestells vorzugsweise richtungsabhängig erfassen, beurteilt werden.

Bei einer alternativen Ausbildung der Erfindung könnten die Ausgleichswellen des Schwingungskompensators auch durch einen separaten Antrieb, beispielsweise durch einen Servomotor, angetrieben werden, wobei die Drehgeschwindigkeit und Phasenlage durch sensorisch erfasste Schwingungen des Maschinengestells gesteuert oder geregelt werden.

Anhand einiger Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer Stickmaschine im Bereich der Stichbildungsorgane, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist,

Fig. 2 ein Diagramm mit zyklischen

Bewegungsabläufen von Stichbildungsorganen bei einer Stickmaschine,

Fig. 3 ein Diagramm mit Lage-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufen einer Sticknadel während der Ausführung eines Stichzyklus,

Fig. 4 ein Kraft-Zeit-Diagramm mit den Kraftverläufen zweier Kompensationsmassen und des Kraftverlaufs der resultierenden Kompensationskraft,

Fig. 5 ein Kraft-Zeit-Diagramm mit den resultierenden, während eines Stichzyklus auf das Maschinengestell ausgeübten Kraftverläufen mit und ohne Kompensationskräften,

Fig. 6 einen perspektivisch dargestellten Teilausschnitt einer Stickmaschine mit einem Schwingungskompensator,

Fig. 7 einen Querschnitt der Anordnung aus Fig. 5,

Fig. 8 eine Aufsicht auf die Anordnung aus Fig. 5.

[0004] Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer herkömmlichen Stickmaschine im Bereich einer Stickstelle. An einem Maschinengestell 1 sind parallel zueinander mehrere Antriebswellen 3 gelagert, welche mittels Kurvenscheiben 5 und Rollenhebeln 7 Stichbildungsorgane zum Ausführen zyklischer Bewegungsabläufe antreiben. Insbesondere werden bei einer Vielzahl in Längsrichtung der Antriebswellen 3 nebeneinander angeordneten Stickstellen Nadelstössel 9, an denen Sticknadeln 11 befestigt sind, Fadenleiter 13 sowie Stoffdrücker 15 synchron zur Drehzahl der Antriebswellen 3 in Wirkrichtung

CH 710 639 B1 der Sticknadeln 11 hin- und herbewegt, was durch die Doppelpfeile P1, P2 und P3 in Fig. 1 dargestellt ist. Die Nadelstössel 9 sind über Nadelpleuel 10 mit einer Ein-Aus-Welle 12 gekoppelt, die durch die Rollenhebel 7 mittels Kurbeln 8 um eine Schwenkwelle 14 schwenkbar sind (Fig. 6).

Die Stichbildungsorgane sind an einem Träger 17 des Maschinengestells 1 gelagert. Beim Sticken werden insbesondere durch beschleunigte Massen der Stichbildungsorgane Kräfte bzw. Drehmomente auf das Maschinengestell 1 ausgeübt. Die resultierenden Kraftverläufe wiederholen sich bei jedem Stichzyklus und können Schwingungen bzw. Vibrationen des Maschinengestells 1 verursachen.

Fig. 2 zeigt für eine Standard-Stickmaschine, wie sie aus «Stickereitechniken», Fachbuch der Hand- und Maschinenstickerei von Friedrich Schöner und Klaus Freier, S. 60-63, VEB Fachbuchverlag Leipzig 1982, bekannt ist, in einem WegZeit-Diagramm die zeitlichen Abläufe der Bewegungen des Nadelstössels 9 (Kurve K1), des Fadenleiters 13 (Kurve K2) und des Stoffdrückers 15 (Kurve K3) in Wirkrichtung der Sticknadel 11 während eines Stichzyklus, was einer vollen Umdrehung der Antriebswellen 3 um 360° entspricht. Die Richtung der Abszisse entspricht der Zeit t, die Richtung der Ordinate der Position s.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm für die Bewegung des Nadelstössels 9 bzw. den Hub der Sticknadel 11 während eines Stichzyklus zusätzlich zur Kurve K1 deren erste zeitliche Ableitung bzw. die Geschwindigkeit (Kurve K1 ') und deren zweite zeitliche Ableitung bzw. die Beschleunigung (Kurve K1 ). In Richtung der Abszisse ist die Zeit t eingetragen. Der dargestellte Zeitausschnitt entspricht einer vollen Umdrehung der Antriebswelle 3. In Richtung der Ordinate ist für die Kurve K1 die Position s, für die Kurve K1 ' die Geschwindigkeit v und für die Kurve K1 die Beschleunigung a der Nadelstössel 9 abgebildet. Die Beschleunigungskurve K1 repräsentiert in Verbindung mit der Masse des Stichbildungsorgans auch die von diesem Stichbildungsorgan während eines Stichzyklus auf das Maschinengestell 1 ausgeübten Kräfte bzw. den entsprechenden Kraftverlauf in Wirkrichtung der Sticknadeln 11. Der Kraftverlauf ergibt sich durch Multiplikation der Beschleunigungswerte mit den beschleunigten Stickstellenmassen. Dieser Kraftverlauf zum Bewegen der Sticknadeln 11 hat während eines Stichzyklus zwei Maxima und zwei Minima.

In analoger Weise werden auch die von den anderen Stichbildungsorganen auf das Maschinengestell 1 ausgeübten Kräfte berechnet und anschliessend zu einem resultierenden Kraftverlauf addiert.

Fig. 4 zeigt in einem Kraft-Zeit-Diagramm die Kraftverläufe zweier exzentrischer Massekörper 21 an Ausgleichswellen 23, die mit zweifacher (gepunktete Kurve A) bzw. dreifacher (unterbrochene Kurve B) Grunddrehzahl rotieren. Die ausgezogen dargestellte Kurve C zeigt den durch Superposition der Kraftverläufe A und B resultierenden Kompensationskraftverlauf.

Fig. 5 zeigt in einem Kraft-Zeit-Diagramm durch die unterbrochen dargestellte Linie R1 die resultierende Kraft F bzw. den resultierenden Kraftverlauf, den die Stichbildungsorgane gemeinsam auf das Maschinengestell 1 ausüben. Zusätzlich ist als ausgezogene Linie R2 der resultierende Gesamtkraftverlauf dargestellt, der sich durch Überlagerung mit den vom Schwingungskompensator 2 auf das Maschinengestell 1 ausgeübten Kräften ergibt. Der resultierende Kraftverlauf R1 der Stichbildungsorgane ist eine periodische Funktion und kann demnach als Fourierreihe dargestellt bzw. in eine Überlagerung sinusförmiger Schwingungen zerlegt werden, deren Frequenzen die Grundfrequenz bzw. die Drehzahl der Antriebswelle 3 und ganzzahlige Vielfache davon sind. Allgemein kann ein Kraftverlauf in einer ersten Näherung allein durch eine Schwingung mit der Grundfrequenz bzw. einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz dargestellt werden. Durch Berücksichtigung zusätzlicher weiterer Frequenzanteile kann der Kraftverlauf genauer dargestellt werden. Die Gewichtung der einzelnen Frequenzanteile entspricht den von den entsprechenden exzentrischen Massekörpern 21 erzeugten Fliehkräften.

[0005] Erfindungsgemäss wird am Maschinengestell 1 nun mindestens ein Schwingungskompensator 2 befestigt, der dazu ausgebildet ist, Kompensationskräfte auf das Maschinengestell 1 auszuüben, welche den Kräften der Stichbildungsorgane entgegenwirken und diese zumindest teilweise aufheben. Dadurch können Schwingungen bzw. allgemein Vibrationen des Maschinengestells 1 verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden.

Jeder Schwingungskompensator 2 umfasst mindestens einen Massekörper 21, der synchron zur Bewegung der Antriebswelle 3 zum Ausführen zyklischer Bewegungsabläufe antreibbar ist, wobei durch Beschleunigungen dieses mindestens einen Massekörpers 21 bewirkte Kompensationskräfte an das Maschinengestell 1 übertragbar sind, die den Kräften der Stichbildungsorgane zumindest in bzw. entgegen der Wirkrichtung der Sticknadeln 11 entgegenwirken und diese zumindest teilweise kompensieren. Dadurch können Schwingungen bzw. allgemein Vibrationen des Maschinengestells 1 beim Sticken deutlich reduziert werden. Dies wiederum ermöglicht das Sticken mit weit höheren Drehzahlen.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Stickmaschine mit einer bevorzugten Ausführungsform des Schwingungskompensators 1. Fig. 7 zeigt einen Querschnitt der Anordnung aus Fig. 6 und Fig. 8 eine Aufsicht. Der Schwingungskompensator umfasst insgesamt vier Massekörper 21a, 21b, 21c, 21 d, die z.B. mittels Rohrschellen an parallel zur Haupt- bzw. Antriebswelle 3 ausgerichteten, drehbar gelagerten Ausgleichswellen 23a, 23b, 23c, 23d so befestigt sind, dass ihr Masseschwerpunkt exzentrisch bzw. in einem vorgegebenen radialen Abstand zur jeweiligen Drehachse liegt. Da der erste Massekörper 21 a an der Antriebswelle 3 befestigt ist, hat diese zugleich die Funktion der ersten Ausgleichswelle 23a. Die weiteren Ausgleichswellen 23b, 23c, 23d sind in einem (nicht dargestellten) Gehäuse drehbar gelagert, wobei dieses Gehäuse zur Übertragung von Kräften starr mit dem Maschinengestell 1 (nicht dargestellt) verbunden, insbesondere am Maschinengestell 1 festgeschraubt ist. Mit solchen Schwingungskompensatoren 1 können problemlos auch bestehende Stickmaschinen nachgerüstet werden. Alternativ könnte auch die erste Ausgleichswelle 23a unabhängig von der Antriebswelle 3 innerhalb des Gehäuses angeordnet werden. Durch das Anbringen des ersten Massekörpers 21 a an der Antriebswelle 3 kann jedoch Platz eingespart werden. Die Gehäuse solcher Schwingungskompensatoren 1 können vergleichsweise kompakt aufgebaut sein.

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Vorzugsweise werden die Schwingungskompensatoren 1 bzw. Ausgleichsgetriebe innerhalb der Stickmaschine angeordnet, wo sie den Fadenverlauf nicht behindern und wo auch keine Verletzungsgefahr besteht. Selbstverständlich kann das Gehäuse so ausgebildet sein, dass es eine Schutzfunktion hat.

Der Antrieb der Ausgleichswellen 23a, 23b, 23c, 23d erfolgt durch die Antriebswelle 3, wobei ein erster Zahnriemen 25 bzw. Vorgelegeriemen um ein Abtriebsrad 27 an der Antriebswelle 3 und um ein Antriebsrad 29 an einem aus dem Gehäuse ragenden Ende der Ausgleichswelle 23c geschlungen ist. Durch den kleineren Durchmesser des Antriebsrads 29 im Vergleich zum Abtriebsrad 27 wird ein Übersetzungsverhältnis von z.B. 2:1 vorgegeben. Die Ausgleichswelle 23c dreht sich somit mit der zweifachen Drehzahl der Antriebswelle 3 und mit gleichem Drehsinn. Im Inneren des Gehäuses ist ein beidseits verzahnter Wenderiemen 30 so um ein Wenderad 31c und um Riemenräder 31b, 31 d an den Ausgleichswellen 23b, 23c, 23d geschlungen, dass die Wellen 23b, 23d mit gegenläufigem Drehsinn zur Ausgleichswelle 23c antreibbar sind. Die Durchmesser des Wenderads 31c und der Riemenräder 31b, 31d sind so bemessen, dass die beiden Ausgleichswellen 23c und 23d gegenläufig zueinander mit der zweifachen Drehzahl der Antriebswelle 3 angetrieben werden und die Ausgleichswelle 23b mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 3, aber gegenläufig zu dieser angetrieben wird. Die Winkellagen der Massekörper 21a, 21b, 21c, 21 d an den jeweiligen Ausgleichswellen 23a, 23b, 23c, 23d werden relativ zueinander so festgelegt, dass sich die Fliehkräfte der drehenden Massekörper 21a und 21b und jene der drehenden Massekörper 21c und 21d in Wirkrichtung der Sticknadeln 11 positiv überlagern und orthogonal dazu aufheben. Im Weiteren werden die Drehlage der Antriebswelle 3 und damit auch die Drehlagen der Ausgleichswellen 23a, 23b, 23c, 23d, bei der die Massekörper 21a, 21b, 21c, 21d in Wirkrichtung der Sticknadeln 11 gleich ausgerichtet sind, so eingestellt, dass eine optimale Reduktion des resultierenden Gesamtkraftverlaufs erreicht wird, bei der die Schwingungen bzw. Vibrationen des Maschinengestells 1 minimal sind. Die Ermittlung solcher Drehlagen kann z.B. rechnerisch erfolgen, wobei jene Drehlage bestimmt wird, bei der die Amplitude bzw. die Differenz zwischen dem höchsten Scheitelwert S und dem tiefsten Scheitelwert SA des resultierenden Gesamtkraftverlaufs R2 minimal ist. Alternativ kann ein geeigneter Wert für die Drehlage der Antriebswelle, bei der die Massekörper 21a, 21b, 21c, 21d gleich ausgerichtet sind, auch experimentell ermittelt werden, indem ausgehend von einer plausiblen Drehlage der Drehwelle das Schwing- und Vibrationsverhalten des Maschinengestells 1 analysiert wird. Eine plausible Drehlage ist z.B. jene, bei welcher der resultierende Kraftverlauf R1 der Stichbildungsorgane ein Minimum aufweist.

Als weitere Parameter können durch Variation der Massen und/oder der radialen Lage der Schwerpunkte der Massekörper 21a, 21b, 21c, 21 d die Fliehkräfte dieser Massekörper optimiert werden, um den Gesamtkraftverlauf zu minimieren. Da Schwingungskompensatoren 2 bei unterschiedlichen Bestückungen der Stickmaschine mit Sticknadeln 11 bzw. in unterschiedlichen Konfigurationen Schwingungen bzw. Vibrationen des Maschinengestells 1 minimieren sollen, ist es zweckmässig, die Optimierung der Fliehkräfte für eine Stickmaschine mit einer reduzierten Bestückung oder mit einer Minimalbestückung vorzunehmen, wenn also beispielsweise nur jede vierte oder jede achte Sticknadel 11 bestückt ist.

[0006] Bei alternativen Ausführungsformen kann der Schwingungskompensator 2 z.B. nur einen Massekörper 21 a an der Antriebswelle 3 umfassen oder nur Massekörper 21 a, 21 b, die mit der Grundfrequenz oder einem Mehrfachen der Grundfrequenz antreibbar sind oder zusätzlich weitere Massekörper 21, die mit einer oder mehreren zusätzlichen Drehzahlen höherer Ordnung antreibbar sind (nicht dargestellt).

Bei weiteren alternativen Ausführungsformen kann der Schwingungskompensator 2 z.B. einen autonomen Antrieb, insbesondere einen Servomotor, zum Beschleunigen eines Massekörpers 21 für die Erzeugung von Kompensationskräften umfassen (nicht dargestellt). Dabei werden Schwingungen bzw. Vibrationen des Maschinengestells 1 vorzugsweise richtungsabhängig mittels geeigneter Sensoren erfasst. Der Servomotor wird in Abhängigkeit der erfassten Messgrössen so gesteuert oder geregelt, dass Schwingungen bzw. Vibrationen minimal sind (nicht dargestellt). Massekörper 21 können alternativ auch linear bewegt und in Wirkrichtung der Sticknadeln 11 beschleunigt werden. Im Weiteren können Stickmaschinen in Längsrichtung des Maschinengestells 1 verteilt einen oder mehrere Schwingungskompensatoren 2 umfassen.

Legende der Bezugszeichen [0007]

Maschinengestell

Schwingungskompensator

Antriebswelle

Kurvenscheibe

Rollenhebel

Kurbel

Nadelstössel

Nadelpleuel

Sticknadel

CH 710 639 B1

21, 21a, b, c, d

23a, b, c, d

31c

31b, d

Ein-Aus-Welle

Fadenleiter

Schwenkwelle

Stoffdrücker

Träger

Massekörper

Ausgleichswelle

Erster Zahnriemen

Abtriebsrad

Antriebsrad

Wenderiemen

Wenderad

Riemenrad

Claims (9)

1. Patentansprüche

   1. Stickmaschine, umfassend mindestens eine Antriebswelle (3) zum Antreiben von Stichbildungsorganen bei einer Mehrzahl in Axialrichtung der Antriebswelle (3) nebeneinander angeordneter Stickstellen, wobei die Stichbildungsorgane an einem Maschinengestell (1) bewegbar gelagert sind, und wobei beim Sticken durch zyklische Bewegungsabläufe der Stichbildungsorgane verursachte Kräfte an das Maschinengestell (1) übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schwingungskompensator (2) mit dem Maschinengestell (1) verbunden ist, dass dieser Schwingungskompensator (2) mindestens einen Massekörper (21a, 21b, 21c, 21d) umfasst, der synchron zur Bewegung der Antriebswelle (3) zum Ausführen zyklischer Bewegungsabläufe antreibbar ist, wobei durch Beschleunigungen dieses mindestens einen Massekörpers (21a, 21b, 21c, 21 d) verursachte Kompensationskräfte an das Maschinengestell (1) übertragbar und dadurch Schwingungen des Maschinengestells (1) minimierbar sind.
2. 2. Stickmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungskompensator (2) mindestens eine Ausgleichswelle (23a, 23b, 23c, 23d) umfasst, dass der mindestens eine Massekörper (21a, 21b, 21c, 21 d) des Schwingungskompensators (2) an der jeweiligen Ausgleichswelle (23a, 23b, 23c, 23d) so befestigt ist, dass sein Masseschwerpunkt radial beabstandet zur Drehachse dieser Ausgleichswelle (23a, 23b, 23c, 23d) liegt, wobei die jeweilige Ausgleichswelle (23a, 23b, 23c, 23d) die Antriebswelle (3) sein kann oder parallel zur Antriebswelle (3) angeordnet ist, und dass die Ausgleichswelle (23a, 23b, 23c, 23d) mit der Drehzahl der Antriebswelle (3) oder einem ganzzahligen Vielfachen davon mit gleichem oder mit gegenläufigem Drehsinn antreibbar ist.
3. 3. Stickmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Ausgleichswelle (23a, 23b, 23c, 23d) des Schwingungskompensators (2) in einem Gehäuse gelagert ist, und dass dieses Gehäuse starr mit dem Maschinengestell (1) verbunden ist.
4. 4. Stickmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Ausgleichswelle (23a, 23b, 23c, 23d) mittels eines Zahnriemens (25) durch die Antriebswelle (3) antreibbar ist.
5. 5. Stickmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungskompensator (2) eine gerade Anzahl Ausgleichswellen (23a, 23b, 23c, 23d) umfasst, die paarweise mit gegenläufigem Drehsinn und gleicher Drehzahl antreibbar sind, wobei die Drehzahl jeder Ausgleichswelle (23a, 23b, 23c, 23d) der Drehzahl der Antriebswelle (3) oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht.
6. 6. Stickmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungskompensator (2) vier miteinander mit einem Getriebe gekoppelte Ausgleichswellen (23a, 23b, 23c, 23d) umfasst, wobei zwei dieser Ausgleichswellen (23a, 23b) gegenläufig zueinander mit der Grunddrehzahl der Antriebswelle (3) antreibbar sind, und wobei die beiden anderen Ausgleichswellen (23c, 23d)gegenläufig zueinander mit der zweifachen Grunddrehzahl der Antriebswelle (3) antreibbar sind.
7. 7. Stickmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Massekörper (21a, 21b, 21c, 21 d) so ausgebildet und an den Ausgleichswellen (23a, 23b, 23c, 23d) befestigt sind, dass sich ihre Fliehkräfte in Wirkrichtung der Sticknadeln (11) positiv überlagern und orthogonal dazu aufheben.

   CH 710 639 B1
8. 8. Schwingungskompensator (2) für eine Stickmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem mit dem Maschinengestell (1) verbindbaren Gehäuse mehrere Ausgleichswellen (23a, 23b, 23c, 23d) parallel zueinander ausgerichtet gelagert sind, dass diese Ausgleichswellen (23a, 23b, 23c, 23d) über ein Getriebe miteinander gekoppelt und gemeinsam antreibbar sind, und dass das Getriebe so ausgebildet ist, dass jede der Ausgleichswellen (23a, 23b, 23c, 23d) mit einer Grunddrehzahl oder einem ganzzahligen Über- oder Untersetzungsverhältnis antreibbar ist.
9. 9. Verfahren zum Kompensieren von Schwingungen bei einer Stickmaschine, die mindestens eine Antriebswelle (3) zum Antreiben von Stichbildungsorganen bei einer Mehrzahl in Axialrichtung der Antriebswelle (3) nebeneinander angeordneter Stickstellen umfasst, wobei die Stichbildungsorgane an einem Maschinengestell (1) bewegbar gelagert sind, und wobei beim Sticken durch zyklische Bewegungsabläufe der Stichbildungsorgane Kräfte an das Maschinengestell (1) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schwingungskompensator (2) mit einem bewegbaren Massekörper (21a, 21b, 21c, 21 d) am Maschinengestell (1) befestigt ist, und dass dieser Massekörper (21a, 21b, 21c, 21 d) synchron zur Bewegung der Antriebswelle (3) zum Ausführen zyklischer Bewegungsabläufe angetrieben wird, derart, dass durch Beschleunigungen dieses Massekörpers (21a, 21b, 21c, 21 d) Kompensationskräfte erzeugt werden, die den Kräften der Stichbildungsorgane entgegenwirken und so Schwingungen des Maschinengestells (1) minimieren.

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