CH711257B1 - Quiltvorrichtung. - Google Patents

Abstract

Die Quiltvorrichtung (1) umfasst eine Bearbeitungseinheit (5), die an einem Rahmen (3) manuell durch eine Bedienperson in zwei Bewegungsrichtungen (M1, M2) verschiebbar gelagert ist. Eine Erfassungsvorrichtung (29) mit Sensoren (27) erfasst die von der Bedienperson in diesen Bewegungsrichtungen (M1, M2) ausgeübte Führungskraft. Eine Steuervorrichtung (35) steuert bzw. regelt Hilfsmotoren (33a, 33b), welche die Führungskraft unterstützen, in Abhängigkeit der erfassten Führungskraft.

Description

Beschreibung [0001] Gegenstand der Erfindung ist eine Quiltvorrichtung und ein Verfahren zum Bewegen der Bearbeitungseinheit bei einer Quiltvorrichtung gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9.

[0002] Quiltvorrichtungen, die zum Herstellen grosser Quilts geeignet sind, umfassen einen langen Quilttisch oder Quiltrahmen (fortan kurz «Rahmen» genannt), an dem eine Bearbeitungseinheit in zwei Richtungen einer Führungsebene bewegbar gelagert ist. Üblicherweise umfasst die Bearbeitungseinheit einen ersten Wagen bzw. Schlitten, der entlang einer Längsführung verschiebbar gelagert ist, und einen zweiten Wagen bzw. Schlitten, der orthogonal zur Längsführung am ersten Schlitten verschiebbar gelagert ist. Eine fest mit dem zweiten Schlitten verbundene Langarmnähmaschine kann bei solchen Quiltvorrichtungen in zwei durch die Führungen der beiden Schlitten vorgegebenen Bewegungsrichtungen einer Führungsebene verschoben werden. In beiden Bewegungsrichtungen ist der Bewegungsspielraum der Bearbeitungseinheit in der Führungsebene beschränkt. Daraus ergibt sich ein Nutzbereich, innerhalb dessen ein textiles Flächengebilde durch die stichbildenden Werkzeuge der Nähmaschine bearbeitet werden kann. Das zu bearbeitende Flächengebilde kann eine oder mehrere Schichten umfassen, die von je einer Vorratsrolle auf eine Aufnahmerolle umgespult werden können. Die Bearbeitung des Flächengebildes erfolgt abschnittweise, wobei der im Nutzbereich befindliche Abschnitt des Flächengebildes jeweils auf der Stichplatte der Nähmaschine aufliegend parallel zur Führungsebene gespannt gehalten wird. Die Bearbeitungseinheit umfasst in der Regel einen oder mehrere Griffe. Beim Quilten bzw. Sticken hält eine Bedienperson die Bearbeitungseinheit am Griff bzw. an den Griffen und führt bzw. bewegt diese entsprechend dem zu erstellenden Muster relativ zum Flächengebilde. Aufgrund der verhältnismässig grossen zu bewegenden Masse der Bearbeitungseinheit muss die Bedienperson beim Ändern von Richtung und/oder Geschwindigkeit entsprechend grosse Kräfte aufbringen. Zusätzliche Widerstandskräfte, die überwunden werden müssen, können z.B. durch Reibungsverluste der Lagerung verursacht sein und/oder durch gekoppelte Antriebe, welche optional zum Bewegen der Bearbeitungseinheit genutzt werden können. Dies kann bei der Bedienperson schon nach kurzer Zeit zu Erschöpfungserscheinungen, Verspannungen und/oder Schmerzen im Bereich der Schultern und/oder des Rückens führen.

[0003] Aus der US 7 207 281 B1 ist eine Antriebsanordnung für eine handgeführte Quiltvorrichtung bekannt, die wahlweise manuell oder automatisch mittels Antriebsmotoren bewegt werden kann. Diese Quiltvorrichtung umfasst Aktuatoren, mit denen die Antriebsmotoren wahlweise für den gesteuerten bzw. automatischen Betrieb mit den entsprechenden Wagen gekoppelt und für den manuellen Betrieb davon entkoppelt werden können.

[0004] Ein Nachteil dieser Quiltvorrichtung liegt darin, dass zusätzlich zu den Motoren Kopplungsvorrichtungen mit Aktoren erforderlich sind. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass im manuellen Betriebsmodus eine relativ grosse Masse bewegt werden muss. Da auch die Antriebsmotoren an den Wagen angeordnet sind, müssen diese ebenfalls mit bewegt werden. Entsprechend muss die Bedienperson für Änderungen der Bewegungsrichtung und/oder der Geschwindigkeit vergleichsweise grosse Kräfte aufbringen, was wie bei anderen herkömmlichen Quiltvorrichtungen ergonomisch ungünstig ist.

[0005] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Quiltvorrichtung, deren Bearbeitungseinheit manuell mit geringem Kraftaufwand bewegt werden kann, sowie ein Verfahren zum Bewegen dieser Bearbeitungseinheit zu schaffen.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Quiltvorrichtung und durch ein Verfahren zum Bewegen der Bearbeitungseinheit einer Quiltvorrichtung gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 9.

[0007] Die Quiltvorrichtung umfasst eine Bearbeitungseinheit, die an einem Rahmen in zwei Bewegungsrichtungen einer Führungsebene manuell verschiebbar gelagert ist. Für mindestens eine, vorzugsweise für beide Bewegungsrichtungen wird die von einer Bedienperson in der jeweiligen Richtung auf die Bearbeitungseinheit ausgeübte Führungskraft mittels einer Erfassungsvorrichtung erfasst. Zur Unterstützung der Bewegung bzw. des Antriebs der Bearbeitungseinheit ist für diese eine, vorzugsweise für beide Bewegungsrichtungen je ein Hilfsmotor vorgesehen. Jeder dieser Hilfsmotoren wird von einer Steuervorrichtung in Abhängigkeit der erfassten zugehörigen Führungskraft gesteuert oder geregelt. Dadurch kann die von der Bedienperson zum Bewegen der Bearbeitungseinheit aufzubringende Führungskraft verkleinert werden. Die Bedienperson kann die Bearbeitungseinheit mühelos und mit geringem Kraftaufwand relativ zum zu bearbeitenden Flächengebilde bewegen. Dadurch wird das Risiko von körperlichen Beschwerden minimiert.

[0008] Die Bearbeitungseinheit umfasst eine Nähmaschine, insbesondere eine Langarmnähmaschine, die auf einer relativ zum Quiltrahmen manuell durch eine Bedienperson in zwei Bewegungsrichtungen bewegbaren Plattform einer Verschiebeeinrichtung fest montiert ist. Zum Bearbeiten eines Flächengebildes könnte alternativ zu einer Nähmaschine mit stichbildenden Werkzeugen auch eine andere Einrichtung mit Werkzeugen auf der Plattform bzw. dem Wagen oder Schlitten angeordnet sein. Zum manuellen Bewegen der Bearbeitungseinheit ist mindestens ein Griff vorgesehen, der mit der Plattform oder der Nähmaschine verbunden ist. Im Griff bzw. im Kraftübertragungsweg zwischen dem Griff und der Nähmaschine sind ein oder mehrere Sensoren angeordnet, mit denen eine von der Bedienperson auf die Bearbeitungseinheit ausgeübte Kraft erfasst werden kann. Vorzugsweise sind der oder die Sensoren im Bereich der Krafteinleitungsstelle zur Plattform bzw. zur Nähmaschine angeordnet. Falls mehrere Griffe an unterschiedlichen Stellen mit der Plattform bzw. der Nähmaschine verbunden sind, sind an jeder dieser Krafteinleitungsstellen ein oder mehrere Sensoren angeordnet. Die gesamte von der Bedienperson auf die Bearbeitungseinheit ausgeübte Kraft ergibt sich durch Überlagerung der Kräfte an den einzelnen Krafteinleitungsstellen.

[0009] Anhand der Informationen über Betrag und Wirkrichtung dieser Kraft berechnet eine Erfassungsvorrichtung für mindestens eine, vorzugsweise für beide Bewegungsrichtungen die jeweiligen Kraftanteile bzw. Führungskraftkomponenten, mit denen die Bedienperson auf die Bearbeitungseinheit einwirkt.

[0010] Die geometrische Ausrichtung bzw. Orientierung des oder der Sensoren relativ zu den Bewegungsrichtungen der Bearbeitungseinheit kann je nach Ausführungsform der Quiltvorrichtung fest vorgegeben oder veränderlich sein.

[0011] Veränderlich ist sie insbesondere dann, wenn die Sensoren an Griffen angeordnet sind, deren Ausrichtung an der Bearbeitungseinheit veränderbar und an individuelle Bedürfnisse einer Bedienperson anpassbar ist. Bei solchen Quiltvorrichtungen ist die Erfassungsvorrichtung dazu ausgebildet, Informationen zur Ausrichtung der Sensoren zu erfassen. Dies kann beispielsweise in einem Initialisierungsprozess geschehen, wobei die Bedienperson eine Kraft in nur einer der beiden Bewegungsrichtungen auf die Bearbeitungseinheit ausübt. Aus den Messgrössen zweier Kraftsensoren kann die Erfassungsvorrichtung Informationen zur Ausrichtung dieser Sensoren berechnen und speichern. Anhand dieser gespeicherten Informationen und der aktuellen Messgrössen der Sensoren beim Betrieb der Quiltvorrichtung berechnet die Erfassungsvorrichtung die von der Bedienperson in den beiden Bewegungsrichtungen auf die Bearbeitungseinheit ausgeübten Kräfte.

[0012] Die Ermittlung der von einer Bedienperson auf die Bearbeitungsvorrichtung ausgeübten Kraft erfolgt vorzugsweise direkt mittels geeigneter Kraftsensoren, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Zur Erfassung einer Kraft, die in einer vorgegebenen Richtung wirkt, können bei diesen Sensoren unterschiedliche physikalische Messprinzipien genutzt werden. So sind beispielsweise induktive, kapazitive, resistive oder piezoelektrische Kraftsensoren bekannt. Wesentlich ist, dass jeder Kraftsensor so ausgebildet und im Kraftübertragungsweg angeordnet ist, dass seine Messgrösse in eindeutiger Weise der Kraft entspricht, welche die Bedienperson in einer bestimmten Richtung auf die Bearbeitungseinheit ausübt.

[0013] Alternativ kann die von einer Bedienperson auf die Bearbeitungsvorrichtung ausgeübte Kraft auch indirekt aus anderen Messgrössen hergeleitet werden, falls eine eindeutige Beziehung zwischen diesen Messgrössen und dieser Kraft besteht. So kann beispielsweise die Beschleunigung der Bearbeitungseinheit in den beiden Bewegungsrichtungen mittels eines Beschleunigungssensors erfasst werden. Für jede der Bewegungsrichtungen ist diese Beschleunigung das Produkt aus der trägen Masse der Bearbeitungseinheit und der resultierenden Gesamtkraft aller Teilkräfte, welche sich überlagern und in der jeweiligen Bewegungsrichtung auf die Bearbeitungseinheit wirken. Teilkräfte sind im Wesentlichen die Antriebsoder Bremskraft des entsprechenden Hilfsmotors, die von der Bedienperson eingebrachte Kraft sowie der Widerstand bzw. die Reibung. Falls die anderen Teilkräfte bekannt sind, kann die Erfassungsvorrichtung demnach anhand der gemessenen Beschleunigung der Bearbeitungseinheit die von der Bedienperson eingebrachte Kraft berechnen. Die Antriebskraft des Hilfsmotors kann beispielsweise ebenfalls sensorisch erfasst bzw. aus dem Drehmoment des Hilfsmotors oder aus dessen Ansteuerstrom ermittelt werden. Die Reibungskraft der Quiltvorrichtung an sich kann als Produkt aus einem Reibungskoeffizienten und der Normalkraft der zu bewegenden Masse berücksichtigt werden. Zusätzliche Reibungskräfte, die z.B. durch das zu bearbeitende Flächengebilde bedingt sind, können durch einen Korrekturfaktor für den Reibungskoeffizienten berücksichtigt werden.

[0014] Jeder der Hilfsmotoren wird in Abhängigkeit der von der Erfassungsvorrichtung ermittelten Führungskraft der Bedienperson in der jeweiligen Bewegungsrichtung von einer Steuervorrichtung gesteuert bzw. geregelt. Für diesen Zweck kann z.B. in einem Speicher der Steuervorrichtung eine Übertragungsfunktion gespeichert sein, welche den Werten der Führungskraft in eindeutiger Weise Ansteuerwerte für den jeweiligen Hilfsmotor zuordnet. Die Übertragungsfunktion kann insbesondere so ausgelegt sein, dass die vom Hilfsmotor bewirkte motorische Antriebskraft für die Bearbeitungseinheit proportional zur jeweiligen manuellen Antriebskraft ist. Mit anderen Worten wird die von der Bedienperson aufgewendete Kraft durch den jeweiligen Hilfsmotor linear verstärkt. Vorzugsweise kann der entsprechende Verstärkungsfaktor über eine geeignete Eingabevorrichtung der Steuervorrichtung mit einem analogen oder digitalen Einstellmittel eingestellt werden.

[0015] Bei einer Weiterbildung dieser Vorrichtung kann die Ansteuerung jedes Hilfsmotors zusätzlich in Abhängigkeit weiterer Parameter erfolgen. Insbesondere kann z.B. die unterstützende Wirkung des Hilfsmotors mit zunehmender Geschwindigkeit der Bearbeitungsvorrichtung relativ zum Rahmen der Quiltvorrichtung verkleinert werden.

[0016] Alternativ oder zusätzlich kann der Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit der Position der Bearbeitungsvorrichtung relativ zum Rahmen vorgegeben bzw. angepasst werden. So kann beispielsweise beim Nutzbereich bzw. dem Bereich, in dem die Bearbeitungseinheit am Rahmen bewegt werden kann, eine Randzone definiert werden, in welcher der Verstärkungsfaktor bzw. die Unterstützungswirkung des Hilfsmotors zum Rand hin gemäss einer vorgegebenen Funktion abnimmt oder gleich null ist. Die Breite dieser Randzone kann optional in Abhängigkeit der jeweiligen Geschwindigkeit der Bearbeitungseinheit angepasst werden. Je grösser diese Geschwindigkeit, desto breiter wird die Breite der Randzone. Die Randzone hat den Zweck, die Geschwindigkeit der Bearbeitungseinheit zu reduzieren, wenn diese sich auf den Rand des Nutzbereichs zubewegt. Optional kann auch vorgesehen sein, dass der Verstärkungsfaktor zumindest im äussersten Bereich der Randzone negativ ist, wenn die Geschwindigkeit der Bearbeitungseinrichtung in Richtung des Randes gross ist und das Risiko besteht, dass die Bearbeitungseinrichtung am begrenzenden Rahmen aufschlagen könnte.

[0017] Die Ansteuerung jedes der Hilfsmotoren durch die Steuervorrichtung in Abhängigkeit der von der Bedienperson in der entsprechenden Bewegungsrichtung ausgeübten Führungskraft kann auch in anderer Weise erfolgen. Insbesondere kann das Drehmoment bzw. die von diesem Hilfsmotor in der jeweiligen Bewegungsrichtung auf die Bearbeitungseinheit ausgeübte Motorkraft oder die Stromversorgung des Hilfsmotors geregelt werden, wobei die Führungsgrösse in

Abhängigkeit der Führungskraft und optional in Abhängigkeit weiterer Parameter vorgegeben wird. Die Regelung kann beispielsweise so erfolgen, dass das Drehmoment des Hilfsmotors zumindest näherungsweise proportional zur zugehörigen Führungskraftkomponente ist. Alternativ könnte das Drehmoment des Hilfsmotors auch so geregelt werden, dass die unterstützende Wirkung des Hilfsmotors einsetzt, sobald die Führungskraft einen vorgebbaren Wert erreicht, und die von der Bedienperson aufzuwendende Führungskraft auf diesen Wert begrenzt.

[0018] Selbstverständlich kann die Erfassungsvorrichtung als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst die Steuervorrichtung Steuerelemente und/oder Eingabemittel, mit denen z.B. ein Betriebsmodus ausgewählt, Funktionen gesteuert und/oder Parameter wie Reibungskoeffizient, Verstärkungsfaktor oder Breite der Randzone eingestellt werden können.

[0019] Anhand einiger Figuren wird die Erfindung näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 ein schematisch dargestellter Teil einer Quiltvorrichtung,

Fig. 2 eine Anordnung von zwei verstellbaren Griffen.

[0020] Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Teil einer Quiltvorrichtung 1 mit einem Quiltrahmen, kurz Rahmen 3 genannt, an dem eine Bearbeitungsvorrichtung 5 in einer ersten Bewegungsrichtung M1 und orthogonal dazu in einer zweiten Bewegungsrichtung M2 verschiebbar gelagert ist. Die erste Bewegungsrichtung M1 entspricht der Längsrichtung des Rahmens 3, die zweite Bewegungsrichtung M2 der kürzeren Breitrichtung des Rahmens 3. Der Rahmen 3 ist wie herkömmliche Quiltrahmen dazu ausgebildet, einen Abschnitt eines textilen Flächengebildes derart gespannt zu halten, dass dieser Abschnitt zumindest näherungsweise parallel zu den beiden Bewegungsrichtungen M1 und M2 in einer Bearbeitungsebene angeordnet ist. Das Flächengebilde kann eine oder mehrere Schichten umfassen. Diese sind in der Regel von Vorratsrollen, die vorne am Rahmen 3 parallel zu dessen Längsrichtung angeordnet sind, auf eine gemeinsame Aufnahmerolle umspulbar, wobei diese Aufnahmerolle ebenfalls parallel zur Längsrichtung des Rahmens 3 oberhalb der Bearbeitungsebene angeordnet ist (nicht dargestellt).

[0021] Die Bearbeitungsvorrichtung 5 umfasst einen ersten Wagen 7 bzw. Schlitten, der an Längsführungen (nicht dargestellt) des Rahmens 3 in der ersten Bewegungsrichtung M1 geführt bewegbar ist. Die Länge der Längsführungen des Rahmens 3 und die Lagerelemente (nicht dargestellt) des ersten Wagens 7 begrenzen den maximal möglichen Bewegungsspielraum des ersten Wagens 7 in der ersten Bewegungsrichtung M1.

[0022] Die Bearbeitungsvorrichtung 5 umfasst zudem einen zweiten Wagen 9, der an Querführungen (nicht dargestellt), die am ersten Wagen 7 orthogonal zu den Längsführungen des Rahmens 3 angeordnet sind, in der zweiten Bewegungsrichtung M2 geführt bewegbar ist. Die Länge der Querführungen am ersten Wagen 7 und die Lagerelemente (nicht dargestellt) des zweiten Wagens 9 begrenzen den maximal möglichen Bewegungsspielraum des zweiten Wagens 9 in der zweiten Bewegungsrichtung M2.

[0023] Mit dem zweiten Wagen 9 ist eine Nähmaschine 11 fest bzw. starr verbunden, insbesondere eine Langarmnähmaschine, deren stichbildende Werkzeuge 15 am Maschinenkopf 13 einen grossen Abstand A von vorzugsweise mehr als 30 cm zum Ständer 17 aufweisen. Die C-förmige Tragkonstruktion aus Ständer 17, Unterarm 19 und Oberarm 21 hat bei solchen Langarmnähmaschinen eine hohe Steifigkeit.

[0024] Die Nähmaschine 11 ist so ausgerichtet, dass ihr Unterarm 19 und ihr Oberarm 21 parallel zur Breitrichtung des Rahmens 3 bzw. zur zweiten Bewegungsrichtung M2 angeordnet sind. Der Maschinenkopf 13 und die darunter am Unterarm 19 angeordnete Stichplatte 23 sind der vorderen Längsführung des Rahmens 3 bzw. der vorne liegenden Bedienseite der Quiltvorrichtung 1 zugewandt. Die Lage der Stichplatte 23 definiert die Bearbeitungsebene, in der der zu bearbeitende Abschnitt des textilen Flächengebildes gespannt gehalten wird.

[0025] In analoger Weise könnte die Bearbeitungsvorrichtung 5 alternativ zu einer Nähmaschine 11 auch eine andere Maschine zum Bearbeiten des Flächengebildes umfassen, beispielsweise eine Vorrichtung zum Stanzen oder Schneiden oder zum Zeichnen mit einem Textilschreiber oder zum Bestücken mit Dekorelementen wie z.B. Pailletten oder Strasssteinen.

[0026] Zum manuell geführten Bewegen der Bearbeitungsvorrichtung 5 in den beiden Bewegungsrichtungen M1 und M2 durch eine Bedienperson umfasst die Bearbeitungsvorrichtung 5 mindestens einen Griff 25a, 25b. Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsform der Quiltvorrichtung 1 sind zwei Griffe 25a, 25b hinter dem Maschinenkopf 13 mit dem Oberarm 21 der Nähmaschine 11 verbunden. An diesen Griffen 25a, 25b können optional Bedienelemente zum Steuern von Funktionen der Quiltvorrichtung 1 angeordnet sein (nicht dargestellt). Vorzugsweise umfasst jeder der Griffe 25a, 25b ein oder mehrere Elemente, deren Position und/oder Ausrichtung relativ zur Nähmaschine 11 so verstellbar bzw. einstellbar sind, dass der Griff 25a, 25b an individuelle Bedürfnisse der jeweiligen Bedienperson anpassbar ist.

[0027] Jeder der Griffe 25a, 25b, mit denen eine Bedienperson direkt eine Kraft auf die Bearbeitungsvorrichtung 5 ausüben kann, um diese in mindestens einer der Bewegungsrichtungen M1 bzw. M2 zu bewegen, kann wegen der hohen Steifigkeit der Nähmaschine 11 und des zweiten Wagens 9 an beliebigen geeigneten Stellen der Bearbeitungsvorrichtung 5 angeordnet sein. Insbesondere kann die Montagestelle bzw. Kraftübertragungsstelle des Griffs 25a, 25b, an der Nähmaschine 11 oder am zweiten Wagen 9 angeordnet sein. Der Griff 25a, 25b kann alternativ auch an mehreren Kraftübertragungsstellen mit der Nähmaschine 11 und/oder dem zweiten Wagen 9 verbunden sein (nicht dargestellt). Im Griff 25a, 25b bzw. in jedem der Kraftübertragungswege vom Griff 25a, 25b zur Nähmaschine 11 bzw. zum zweiten Wagen 9 sind ein oder mehrere Sensoren 27 einer Erfassungsvorrichtung 29 so angeordnet, dass die Erfassungsvorrichtung 29 aus den Messgrössen dieser Sensoren 27 die von der Bedienperson in mindestens einer, vorzugsweise in beiden Bewegungsrichtungen M1, M2 auf die Bearbeitungseinheit 5 ausgeübte manuelle Führungskraft ermitteln kann. Diese manuelle Führungskraft resultiert aus der Überlagerung aller Führungskraftanteile, welche die Bedienperson über alle Kraftübertragungswege in der jeweiligen Bewegungsrichtung M1, M2 auf die Bearbeitungseinheit 5 ausübt. Dabei haben Kräfte mit entgegengesetzter Wirkrichtung unterschiedliche Vorzeichen.

[0028] Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sind zwei Griffe 25a, 25b in einer fest vorgegebenen Lage an der Nähmaschine 11 befestigt, wobei jeder der Griffe 25a, 25b einen orthogonal zur ersten Bewegungsrichtung M1 ausgerichteten ersten Kraftübertragungsschenkel umfasst, an dem als Sensor 27 ein Dehnmessstreifen, kurz DMS genannt, so angeordnet ist, dass seine Messgrösse dem jeweiligen Führungskraftanteil in der ersten Bewegungsrichtung M1 entspricht.

[0029] In analoger Weise kann jeder der Griffe 25a, 25b einen orthogonal zur zweiten Bewegungsrichtung M2 ausgerichteten zweiten Kraftübertragungsschenkel mit einem Sensor 27 umfassen, der so angeordnet ist, dass seine Messgrösse dem jeweiligen Führungskraftanteil in der zweiten Bewegungsrichtung M2 entspricht.

[0030] Wie in Fig. 2 durch Doppelpfeile A dargestellt, können die Griffe 25a, 25b einen oder mehrere bewegliche, insbesondere drehbare und/oder in der Länge veränderbare Abschnitte umfassen. Vorzugsweise sind die Sensoren 27, die zum Erfassen der Führungskraftkomponenten in den beiden Bewegungsrichtungen M1, M2 ausgebildet sind, an einem Kopplungselement 31 angeordnet, welches fest mit der Nähmaschine 11 bzw. dem zweiten Wagen 9 verbunden ist. So können die Sensoren 27 die über die Griffe 25a, 25b übertragenen, in den beiden Bewegungsrichtungen M1, M2 wirkenden Führungskraftkomponenten unabhängig von der Konfiguration der Griffe 25a, 25b erfassen.

[0031] Falls ein oder mehrere Sensoren 27 im Kraftübertragungsweg so angeordnet sind, dass ihre Lage, d.h. ihre Position und/oder Ausrichtung relativ zur Nähmaschine 11 bzw. dem zweiten Wagen 9 abhängig von der Anordnung der Griffe 25a, 25b veränderlich ist, kann die Erfassungsvorrichtung 29 bei der Verarbeitung der Messgrössen dieser Sensoren 27 zusätzliche Informationen insbesondere über die Ausrichtung bzw. Orientierung der Sensoren 27 berücksichtigen, um aus den Messgrössen der Sensoren 27 die Führungskraftanteile in den beiden Bewegungsrichtungen M1 und M2 zu ermitteln. Für diesen Zweck kann die Erfassungsvorrichtung 29 Mittel zum Erfassen der Orientierung der Sensoren 27 oder Mittel zum Vorgeben der Orientierung der Sensoren 27 umfassen. Diese Mittel können insbesondere weitere Sensoren umfassen, welche die Orientierung jener Sensoren 27 ermitteln, welche die auf die Bearbeitungsvorrichtung 5 ausgeübten Kräfte erfassen.

[0032] Alternativ können diese Mittel z.B. Bedienelemente umfassen, (nicht dargestellt) mit denen die jeweilige Ausrichtung bzw. Orientierung der Sensoren 27 vorgegeben werden kann.

[0033] Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Erfassungsvorrichtung 29 Steuervorschriften umfassen, welche es erlauben, in einem Initialisierungsprozess Informationen über die Ausrichtung der Sensoren 27 relativ zu den Bewegungsrichtungen M1 und M2 zu gewinnen und zu speichern. Insbesondere kann die Bedienperson dabei z.B. über den Bildschirm einer Benutzerschnittstelle (nicht dargestellt) dazu aufgefordert werden, die Bearbeitungseinheit 5 der ersten Bewegungsrichtung M1 zu bewegen bzw. zu beschleunigen. An zwei Sensoren 27, welche zum Erfassen von Kräften in zwei orthogonalen Richtungen ausgebildet sind, werden die zugehörigen Kraftanteile in diesen beiden Richtungen ermittelt und gespeichert. Analog dazu können auch die zugehörigen Kraftanteile beim Bewegen bzw. Beschleunigen in der zweiten Bewegungsrichtung M2 ermittelt und gespeichert werden. Anhand dieser Werte berechnet die Erfassungsvorrichtung 29 die Orientierung der Sensoren 27 relativ zu den Bewegungsrichtungen M1 und M2. Dies entspricht im Wesentlichen einer Koordinatentransformation zwischen dem Koordinatensystem der Kraftsensoren 27 und jenem der Bewegungsrichtungen M1 und M2.

[0034] Zur direkten Erfassung der von der Bedienperson auf die Bearbeitungsvorrichtung 5 ausgeübten Führungskraft können anstelle von oder zusätzlich zu resistiven Kraftsensoren wie Dehnmessstreifen auch Kraftsensoren verwendet werden, die nach anderen physikalischen Messprinzipien arbeiten. Beispiele hierfür sind insbesondere piezoelektrische, induktive, kapazitive oder optische Sensoren 27.

[0035] Alternativ kann die von der Bedienperson auf die Bearbeitungsvorrichtung 5 ausgeübte Führungskraft auch indirekt ermittelt werden, indem deren Beschleunigung mittels eines Beschleunigungssensors erfasst wird. Die Beschleunigung ergibt sich als Quotient aus der resultierenden Gesamtkraft, die auf die Bearbeitungsvorrichtung 5 einwirkt, und der zu bewegenden trägen Masse der Bearbeitungsvorrichtung 5. Dies setzt voraus, dass alle Kräfte, die zusätzlich zur Führungskraft der Bedienperson auf die Bearbeitungsvorrichtung 5 wirken, bekannt sind.

[0036] Zur Unterstützung der Bewegung bzw. des Antriebs der Bearbeitungseinheit 5 umfasst die Quiltvorrichtung 1 für mindestens eine, vorzugsweise für beide Bewegungsrichtungen M1, M2 je einen Hilfsmotor 33a, 33b. Der erste Hilfsmotor 33a ist wirkungsmässig mit dem ersten Wagen 7 verbunden, der zweite Hilfsmotor 33b mit dem zweiten Wagen 9. Die Kraftübertragung der Hilfsmotoren 33a, 33b auf die Wagen 7, 9 kann in bekannter Weise z.B. mittels Riemen erfolgen. Vorzugsweise ist der erste Hilfsmotor 33a ortsfest am Rahmen 33 angeordnet und der zweite Hilfsmotor 33b am ersten

Wagen 9. Jeder dieser Hilfsmotoren 33a, 33b wird von einer Steuervorrichtung 35 in Abhängigkeit der von den Sensoren 27 erfassten bzw. von der Erfassungsvorrichtung 29 ermittelten zugehörigen Führungskraft gesteuert oder geregelt. Die Erfassungsvorrichtung 29, welche die Messgrössen der Sensoren 27 verarbeitet, ist vorzugsweise als Teil der Steuervorrichtung 35 ausgebildet.

[0037] Die Steuerung bzw. Regelung der von den Hilfsmotoren 33a, 33b auf die zugehörigen Wagen 7, 9 ausgeübten Hilfskräfte erfolgt durch Verarbeitungsvorschriften, die in einem Programmspeicher der Steuervorrichtung 35 gespeichert sind. Vorzugsweise werden dabei zusätzlich zu den erfassten Führungskräften in den beiden Bewegungsrichtungen M1, M2 weitere Parameter berücksichtigt wie Position der Bearbeitungsvorrichtung 5 und/oder deren Geschwindigkeit relativ zum Rahmen 3.

Legende der Bezugszeichen [0038] I Quiltvorrichtung 3 Rahmen 5 Bearbeitungsvorrichtung 7 Erster Wagen 9 Zweiter Wagen II Nähmaschine 13 Maschinenkopf 15 Werkzeuge 17 Ständer 19 Unterarm 21 Oberarm 23 Stichplatte 25a, 25b Griffe 27 Sensoren 29 Erfassungsvorrichtung 31 Kopplungselement 33a Erster Hilfsmotor 33b Zweiter Hilfsmotor 35 Steuervorrichtung

Claims (9)

1. Patentansprüche

   1. Quiltvorrichtung (1), umfassend eine Bearbeitungseinheit (5) zum Bearbeiten eines Flächengebildes und einen Rahmen (3), an dem die Bearbeitungseinheit (5) so gelagert ist, dass sie durch die Krafteinwirkung einer Bedienperson innerhalb eines Nutzbereichs einer Führungsebene in einer ersten Bewegungsrichtung (M1) und in einer zweiten Bewegungsrichtung (M2) antreibbar ist, um das Flächengebilde an unterschiedlichen Positionen zu bearbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Hilfsmotor (33a) wirkungsmässig so mit der Bearbeitungseinheit (5) verbunden ist, dass er zusätzlich eine erste Hilfskraft in der ersten Bewegungsrichtung (M1) auf die Bearbeitungseinheit (5) ausüben kann, dass eine Erfassungsvorrichtung (29) dazu ausgebildet ist, eine von der Bedienperson in der ersten Bewegungsrichtung (M1) auf die Bearbeitungseinheit (5) ausgeübte erste Führungskraft zu erfassen, und dass eine Steuervorrichtung (35) dazu ausgebildet ist, den ersten Hilfsmotor (33a) in Abhängigkeit der ersten Führungskraft zu steuern.
2. 2. Quiltvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Hilfsmotor (33b) wirkungsmässig so mit der Bearbeitungseinheit (5) verbunden ist, dass er zusätzlich eine zweite Hilfskraft in der zweiten Bewegungsrichtung (M2) auf die Bearbeitungseinheit (5) ausüben kann, dass die Erfassungsvorrichtung (29) dazu ausgebildet ist, eine von der Bedienperson in der zweiten Bewegungsrichtung (M2) auf die Bearbeitungseinheit (5) ausgeübte zweite Führungskraft zu erfassen, und dass die Steuervorrichtung (35) dazu ausgebildet ist, den zweiten Hilfsmotor (33b) in Abhängigkeit der zweiten Führungskraft zu steuern.
3. 3. Quiltvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (5) einen ersten Wagen (7), einen zweiten Wagen (9) und eine Nähmaschine (11) umfasst, wobei der erste Wagen (7) an Längsführungen des Rahmens (3) geführt in der ersten Bewegungsrichtung (M1) bewegbar gelagert und durch den ersten Hilfsmotor (33a) antreibbar ist, und wobei der zweite Wagen (9) an Querführungen des ersten Wagens (7), die orthogonal zu den Längsführungen ausgerichtet sind, geführt in der zweiten Bewegungsrichtung (M2) bewegbar gelagert und durch den zweiten Hilfsmotor (33b) antreibbar ist, und dass die Nähmaschine (11) starr mit dem zweiten Wagen (9) verbunden ist, derart, dass der Oberarm (11) und der Unterarm (19) der Nähmaschine (11) parallel zu den Querführungen ausgerichtet sind.
4. 4. Quiltvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (5) mindestens einen Griff (25a, 25b) umfasst, mit dem sie von einer Bedienperson durch Ausüben einer Führungskraft in der ersten Bewegungsrichtung (M1) und/oder der zweiten Bewegungsrichtung (M2) bewegt werden kann, dass dieser Griff (25a, 25b) an einer Kraftübertragungsstelle starr mit der Nähmaschine (11) oder mit dem zweiten Wagen (9) verbunden ist, und dass die Erfassungsvorrichtung (29) einen Kraftsensor (27) umfasst, der im Kraftübertragungsweg von dem mindestens einen Griff (25a, 25b) zur Kraftübertragungsstelle angeordnet ist, und der dazu ausgebildet ist, die über den Griff (25a, 25) in einer bestimmten Richtung auf die Bearbeitungseinheit (5) ausgeübte Kraft zu erfassen.
5. 5. Quiltvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (29) Mittel, insbesondere weitere Sensoren zum Erfassen der Orientierung des Kraftsensors (27) relativ zu den Bewegungsrichtungen (M1, M2) der Bearbeitungseinheit (5) umfasst, oder Mittel, insbesondere Bedienelemente zum Vorgeben der Orientierung des Kraftsensors (27) relativ zu den Bewegungsrichtungen (M1, M2) der Bearbeitungseinheit.
6. 6. Quiltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftübertragungsweg jedes Griffs (25a, 25b) zu jeder der zugehörigen Kraftübertragungsstellen zwei Kraftsensoren (27) angeordnet sind, welche dazu ausgebildet sind, die über den jeweiligen Griff (25a, 25) in zwei unterschiedlichen Richtungen auf die Bearbeitungseinheit (5) ausgeübten Kraftkomponenten zu erfassen.
7. 7. Quiltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Griff (25a, 25b) ein oder mehrere Elemente umfasst, deren Position und/oder Ausrichtung relativ zur Nähmaschine (11) verstellbar ist, dass die jeweilige Kraftübertragungsstelle ein Kopplungselement (31) umfasst, welches fest mit der Nähmaschine (11) oder dem zweiten Wagen (9) verbunden ist, und dass zwei Kraftsensoren (27) so an diesem Kopplungselement (31) angeordnet sind, dass sie die Komponenten der Führungskraft in der ersten Bewegungsrichtung (M1) und der zweiten Bewegungsrichtung (M2) unabhängig von der Konfiguration des mindestens einen Griffs (25a, 25b) erfassen können.
8. 8. Quiltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (35) Einstellmittel umfasst, die dazu ausgebildet sind, eine Übertragungsfunktion, insbesondere einen Verstärkungsfaktor einzustellen oder zu verändern, welche die vom Hilfsmotor (33a, 33b) bereitgestellte Kraft in Abhängigkeit der zugehörigen Führungskraftkomponente vorgibt.
9. 9. Verfahren zum Bewegen der Bearbeitungseinheit (5) einer Quiltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (29) die von einer Bedienperson auf die Bearbeitungseinheit (5) in mindestens einer der beiden Bewegungsrichtungen (M1, M2) ausgeübte Führungskraftkomponente erfasst, und dass die Steuervorrichtung (35) den Hilfsmotor (33a, 33b) in Abhängigkeit dieser Führungskraftkomponente so steuert oder regelt, dass die Kraft des Hilfsmotors (33a, 33b) die Führungskraft zum Bewegen der Bearbeitungseinheit (5) innerhalb des Nutzbereichs unterstützt.