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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Fadenüberwachung eines
auf einer Fadenspule aufgewickelten Fadens sowie eine Aufspuleinheit
zum Aufwickeln eines Fadens auf einer Fadenspule während des
Betriebes einer Nähmaschine.
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In
bekannter Weise beziehen Nähmaschinen während Ihres
Betriebes gleichzeitig einen Oberfaden und einen Unterfaden aus
jeweiligen Fadenspulen. Dabei wird regelmäßig wesentlich mehr Oberfaden
als Unterfaden benötigt,
wobei der Oberfaden zudem aufgrund seiner Verarbeitung unterhalb
des Nähfußes noch
wesentlich größeren mechanischen Belastungen
in Folge der Dynamik verschiedener Näh-Teilschritte ausgesetzt ist,
als diese beim Unterfaden der Fall ist. Über mehrere Nähzyklen
hinweg gesehen ergibt sich jedoch in Abhängigkeit eines jeweiligen Nähgutes und
einer jeweiligen Nähaufgabe ein
festes Mengenverhältnis
an Verbrauch von Oberfaden und Unterfaden.
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Aus
dem Stand der Technik sind die unterschiedlichsten Ansätze bekannt,
Fadenverbrauchsabschätzungen
auf Basis von Zählungen
von Spulenumdrehungen durchzuführen.
Aus verschiedenen Untersuchungen ist jedoch bekannt, dass eine Fadenspule
an einer Nähmaschine
während
eines Nähvorganges
sehr unkontrolliert läuft.
So findet beispielsweise nach Beginn eines jeden Nähvorganges ein
Anreißen
einer Drehbewegung eines Spulenkörpers
statt, wobei der Zeitpunkt dieses Anreißens sowie die Stärke der
einsetzenden Drehbewegung des Spulenkörpers und die Beschleunigung
des Spulenfadens unter anderem vom Füllgrad der Fadenspule, vom
Material des Fadens sowie von dem Verschleiß mechanischer Elemente im
Bereich der Fadenspule abhängig
sind, um nur einige der möglichen
Einflussfaktoren zu nennen. Die Bewegung der Fadenspule ist somit
im Wesentlichen nicht planbar. Infolgedessen ist diese Bewegung
selbst vom Start eines Nähvorganges
her betrachtet nicht mathematisch zu beschreiben. Die unkontrollierte
Bewegung der Fadenspule macht damit zudem auch eine zuverlässige Umdrehungszählung, eine
darauf aufbauende Abschätzung
eines Fadenverbrauches sowie eine Kontrolle auf Fadenbruch oder
Fadenende sehr schwierig. Diese allgemeinen Feststellungen gelten
sowohl für
den Oberfaden, als auch für
den Unterfaden einer Nähmaschine.
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In
bekannter Weise ist eine Unterfadenspule unter einem Nähtisch im
Bereich eines Nähfußes in sehr
beengten räumlichen
Verhältnissen
angeordnet, so dass ein Unterfaden-Vorrat auf einer Fadenspule bzw.
einem sog. bobbin stets wesentlich begrenzter als ein Oberfaden-Vorrat
auf sog. coils ausfallen muss. Abgesehen von Betriebsstörungen durch
Fadenriss tritt daher im praktischen Einsatz von Nähmaschinen
regelmäßig der
Fall auf, dass während
eines Nähvorganges
der Unterfaden aufgebraucht ist. Auch wenn eine Nähmaschine
in einem solchen Fall bei zuverlässiger
Verhinderung einer sogenannten Scheinvernähung, d. h. eine Vernähung nur
mit Oberfaden und ohne Sicherung der Naht durch einen Unterfaden,
angehalten werden würde,
so weist eine mit Auswechslung der Unterfadenspule beendete Naht stets
eine wesentlich geringere Qualität
und Zuverlässigkeit
auf, als dies bei einer in einem Stück ohne Unterbrechung genähten Naht
der Fall sein würde. Regelmäßig wür de jedoch
die Nähmaschine
bis zu einem Abschalten eine gewisse Anzahl von Stichen nur mit
dem Oberfaden weiterlaufen. Mindestens im Fall optischer Kanten
bzw. Sichtnähte,
die bei hoher optischer Qualität
nur einmal genäht
werden können, wäre ein betreffendes
Nähgut
damit B-Ware oder gar Ausschuss. Damit treten neben dem Einsatz
bei der Vernähung
sicherheitsrelevanter Elemente auch im Bereich der Lederverarbeitung
und der Verarbeitung von Textilien mit Sichtnähten jeden Tag Verluste auf, die
durch Vorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik prinzipiell
nicht vollständig
vermieden werden können.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze für eine Restfadenüberwachung
bekannt. Hierzu sind beispielsweise aus der
US 3,845,320 Spulenkörper mit
einem Hauptfach und einem Reservefach unter Überwachung durch eine Lichtquelle und
ein opto-elektrisches Element bekannt, deren Achsen über drei
Ausführungsformen
hinweg stets ungefähr
parallel zu einer Drehachse des Spulenkörpers ausgerichtet sind:
Nach
einer ersten Ausführungsform
werden hier alle Wandungen des Spulenkörpers mit Reservekammer lichtdurchlässig ausgeführt. Licht
einer Lichtquelle, die an einer ersten Außenwandung des Spulenkörpers angeordnet
ist, kann bei fortschreitender Entleerung der Reservekammer immer
besser zu einem Lichtdetektor als opto-elektrisches Element gelangen,
der an einer zweiten Außenwandung
des Spulenkörpers
angeordnet ist. Dementsprechend leuchtet eine Indikatorlampe zur
Information einer Bedienperson immer stärker auf, um auf das nahende
Fadenende an dem betreffenden Spulenkörper und einen anstehenden
Spulentausch aufmerksam zu machen.
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Nach
einer zweiten Ausführungsform
können
die Lichtquelle und das opto-elektrische Element gemeinsam im Bereich
einer Außenwandung
des Spulenkörpers
angeordnet sein, wobei nur die zugehörige Außenwandung lichtdurchlässig ist
und eine Trennwandung der Reservekammer eine lichtreflektierende
Oberfläche
auf weist. Von der Lichtquelle aus einfallendes Licht wird dann erst
mit fortschreitendem Entleeren der Reservekammer zu dem opto-elektrischen
Element reflektiert, wobei wiederum eine Indikatorlampe mit entsprechender
Leuchtstärke
angesteuert wird. Nach einer dritten Ausführungsform wird eine erste
Außenwandung
und auch die Trennwandung der Reservekammer des Spulenkörpers lichtdurchlässig ausgeführt, wobei
die zweite Außenwandung
reflektierend wird. Die übrige
Vorrichtung und das Verfahren laufen jedoch im Wesentlichen analog
der beschriebenen zweiten Ausführungsform
ab.
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Lichtdurchlässig ausgeführte Wandungen
eines Spulenkörpers
verteuern jedoch ein derartiges Massenprodukt wesentlich, wobei
sie auch die Stabilität
und Lebensdauer eines Spulenkörpers
unter den rauen Einsatzbedingungen deutlich senken. Zudem ist dieses
Verfahren anfällig
gegen Verschmutzungen durch Staub und/oder Öl, die eine Detektion eines
jeweiligen Restlichts mit der Folge unzuverlässig machen, dass ein bereits
völlig
entleerter Spulenkörper noch
als mindestens teilweise gefüllt
erkannt wird.
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Die
dritte Ausführungsform
gemäß der
US 3,845,320 wird in der
DE 34 47 138 C2 bei
einem Spulenkörper
ohne Reservekammer aufgegriffen, wobei die gewisse Lichtdurchlässigkeit
durch Ausnehmungen an einer der Lichtquelle und dem Detektor benachbarten
Außenwandung
realisiert wird. Ein radialer Abstand der Ausnehmungen an der Außenwandung
zu einer Achse des Spulenkörpers
hin definiert dabei eine kaum einstellbare Fadenreserve mit einer
weitgehend unbekannten Restfadenlänge.
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Ebenfalls
unter Nutzung von Ausnehmungen wird in der
DE 40 31 058 C1 unter Abwandlung
der zweiten Ausführungsform
gemäß der
US 3,845,320 ein Aufbrauchen
einer Restfadenmenge anhand der Reflexion an einer Wandung mindestens
einer Reservekammer überwacht.
Weiter ist aus der
DE
40 31 058 C1 bekannt, dass ein Füllstand in einem Hauptfach
einer mit einem Steg unterteilten Fadenspule über eine opto-elektrische Einheit überwacht
wird, so dass bei Feststellung einer vollständigen Entleerung des Hauptfaches
automatisch ein Restfaden variabler Länge, aber abhängig vor
der Spulengeometrie, zur Verfügung
gestellt wird, mit dem ein Werkstück regelmäßig noch über eine bestimmte Strecke
definiert zu Ende genäht
werden kann. Darauf hin wird eine Nähmaschine bis zum Wechsel einer
Unterfadenspule i.d.R. blockiert. Auch hier ist die zu Beginn der
Spule aufgewickelte Restfadenmenge also weitgehend statisch festgelegt
und neben einer Spulengeometrie im Wesentlichen nur von einer Fadendicke und
Wicklungsparametern abhängig.
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Unter
Nutzung miteinander korrespondierender Ausnehmungen wird in der
DE 41 15 520 C2 die Lehre
gemäß der dritten
Ausführungsform
der
US 3,845,320 fortentwickelt,
wobei hier nun u.a. eine reflektierende Schicht in ein Spulengehäuseunterteil verlagert
und Maßnahmen
zur Steigerung einer Genauigkeit eines entsprechenden Restfadenwächters durch
Verringerung einer Wickelbreite ergriffen werden.
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Gemäß der Lehre
der
DE 41 16 638 A1 wird eine
Drehgeschwindigkeit eines Spulenkörpers anhand von hell/dunkel-Kennungen
an einer Außenwandung
bestimmt und bei Überschreiten
eines Grenzwertes einer Drehgeschwindigkeit auf ein nahendes Fadenende
geschlossen. Eine Restfadenmenge wäre theoretisch durch die Wahl
des Grenzwertes einstellbar. Vibrationen während eines normalen Betriebes
einer Nähmaschine
machen dieses Verfahren jedoch bereits sehr unsicher, wobei z.B. auch
im Fall eines Unterfadenrisses schon aufgrund dieser Betriebsvibrationen
fälschlich
eine vermeintliche Drehgeschwindigkeit eines real stehenden Spulenkörpers erkannt
werden kann.
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Unter
Nutzung einer getrennten Reservekammer wird in der
DE 195 10 808 C1 ebenfalls anhand
einer Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit eines Spulenkörpers auf
den Beginn der Nutzung einer Fadenreserve geschlossen. Theoretisch
steigt die Drehzahl eines Spulenkörpers beim Aufbrauchen eines
Hauptfadens stetig an, um dann beim Übergang auf die Fadenreserve
einen deutlichen Abfall der Drehzahl als auffällige Sprungstelle bzw. Unstetigkeit zu
zeigen. Der schon eingangs erwähnte,
sehr unkontrollierte Lauf eines Spulenkörpers einer Fadenspule macht
jedoch auch dieses Verfahren in der Praxis nicht ausreichend zuverlässig. Zudem
ist ein weiteres Mal eine Fadenreserve nicht einstellbar.
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Aus
der
DE 41 16 788 C1 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem auf einen Spulenkörper eine Restfadenmenge in
zu der Wickelrichtung einer Hauptfadenmenge entgegengesetzter Richtung
aufgespult wird. Hierdurch ist eine Restfadenmenge prinzipiell frei
einstellbar, es muss jedoch eine Drehrichtung eines Spulenkörpers bzw.
einer Fadenspule sicher erkannt werden.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung sowie eine Aufspuleinheit unter Erhöhung der Zuverlässigkeit
einer Restfadenüberwachung
und weitgehender Flexibilisierung einer Restfadenmenge weiterzubilden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird demnach
beim Aufspulen eines Nähfadens
auf eine Fadenspule zu Anfang ein Restfaden aufgewickelt, der einem
jeweiligen Anwendungsfall bzw. Applikation entsprechend für eine Fertigstellung
einer vorgegebenen Anzahl von Nähten oder
Näh-Stichen
in seiner Länge
definiert vorgegeben ist, wobei nachfolgend der Hauptteil des Nähfadens
in einem separat überwachbaren
Bereich des Spulenkörpers
so aufgewickelt wird, dass vor Anbruch einer Restfadenmenge ein
detektierbarer Bereich im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse
des Spulenkörpers
freigegeben und abgetastet wird. Eine Erhöhung der Zuverlässigkeit
der Restfadenüberwachung
wird dadurch erreicht, dass ein Bereich senkrecht zu einer Drehachse
des Spulenkörpers
einfacher zu überwachen
und abzutasten ist, als dies bei einer Überwachung in einer im Wesentlichen
parallel zu der Drehachse liegenden Richtung der Fall ist. Ein wesentlicher
Grund hierfür
liegt in der Tatsache, dass in einer erfindungsgemäßen Überwachungsrichtung
keine Wandungen des Spulenkörpers
für eine
Abtastung überwunden
oder lichtdurchlässig
gemacht werden müssen.
Eine weitgehende Flexibilisierung einer Restfadenmenge wird dadurch erreicht,
dass ein detektierbarer Bereich im Wesentlichen senkrecht zu einer
Drehachse des Spulenkörpers über ein Überwachungsfenster
einstellbar ist, so dass eine Bewicklung mindestens eines Bereiches, der
außerhalb
eines derartigen Überwachungsfensters
liegt, in beliebiger Form erfolgen kann. Damit sind Restfadenlängen in
einem sehr weiten Bereich variierbar und einer jeweiligen Applikation
entsprechend einstellbar.
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Dieser
Hauptteil des Nähfadens
ist dabei nach Abschätzung
des durchschnittlichen Fadenverbrauches je Nähvorgang auf eine vorbestimmte
Vielzahl von Nähvorgängen ausgelegt,
bevor auf den Restfaden zugegriffen werden muss. Wie der Restfaden
wird auch der Hauptfaden vorzugsweise unter Verwendung eines Inkrementalgebers
aufgewickelt. Damit ist erstmals die Möglichkeit einer exakten Kenntnis
der Länge
eines Hauptfadens und auch einer Restfadenlänge durch eine definierte Bewicklung in
Abstimmung auf eine jeweilige Applikation geschaffen worden.
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Bei
der Bewicklung wird dabei vorzugsweise unter Verwendung eines Inkrementalgebers,
der in einer Ausführungsform
mit einer Garn-Umschlingung und einem Umdrehungszähler ausgebildet
ist, eine Längenmessung
unter Berücksichtigung
von Schlupf-, Fadendehnung oder sonstigen Effekten durchgeführt, wie
sie in dem Fachmann bekannter Art und Weise bei dem Bewickeln einer
Fadenspule auftreten. So steht ein Restfaden für eine definierte Anzahl von
Nähten
oder Stichen zur Verfügung,
aber auch ein Hauptfaden. Eine Schlupfreserve kann nach Erfahrungswerten
unter Berücksichtigung
einer endlichen Messgenauigkeit eines jeweiligen Umdrehungszählers berücksichtigt
werden.
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In
einer Ausführungsform
wird ein bekannter Spulenkörper
mit einem durch eine Wandung abgetrennten Reservebereich verwendet.
Die Spulenachse wird bis zu dieser Abtrennung hin beim Nähen durch
eine optische schwarz/weiß-Detektionseinrichtung
auf das Vorhandensein von Faden überwacht. Diese Überwachungsfunktion
wird realisiert auf Basis des unterschiedlichen Absorptionsverhaltens
einer emittierten Strahlung zwischen einer Absorption von bis zu
70 % der Strahlung bei Anwesenheit von Faden und einer Reflexion
von circa 90 % der einfallenden Strahlung durch einen entsprechend
reflektierend ausgebildeten Schaft bzw. Zylinderabschnitt der Fadenspule.
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Bei
im Wesentlichen gleicher Überwachungsfunktion
wird in einer alternativen Ausführungsform
ein universell einsetzbarer Spulenkörper ohne separate Abtrennung
der Fadenreserve eingesetzt. Die Fadenreserve wird in vorstehend
beschriebener Art und Weise zuerst bewickelt, wobei hier eine im
Wesentlichen konisch verlaufende Bewicklung bevorzugt wird, so dass
die Restfadenbewicklung von der übrigen
Bewicklung der Fadenspule klar unterschieden werden kann. Der optisch
arbeitende schwarz/weiß-
bzw. hell/dunkel-Sensor wird durch eine geeignete Optik in seiner
Strahlung und der entsprechenden Reflektion auf einen Bereich beschränkt ausgebildet,
der durch den eigentlichen Hauptfaden belegt wird. Damit ist nach
Aufbrauchen des Hauptfadens auf der Fadenspule dieser Bereich der
Fadenspule nun blank und hoch reflektierend, und er kann damit auch
unter den widrigen Betriebszuständen
im Unterfadenbereich einer Nähmaschine unter
starker Vibration bei Einwirkung von Staub und Öl zur Ausgabe eines entsprechenden
Warnsignals und/oder zwangsweisen Maschinenstopps sicher erkannt
werden, während
der Bereich des Restfadens noch vollständig für eine definierte Anzahl von
Nähvorgängen bis
zu einem eventuellen Maschinenstopp zur Verfügung steht.
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In
besonders vorteilhafter Art und Weise wird ein vorstehend beschriebenes
Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zusammen mit einer
Umdrehungsüberwachung
kombiniert, bei der im Bereich der Fadenspule mindestens zwei unterschiedliche
Markierungszustände
vorgesehen und mit einer optischen Einrichtung derart gekoppelt
sind, dass sich mit Bewegung der Fadenspule ein in der optischen
Einrichtung detektierbarer Markierungswechsel ergibt, der in einer
nachfolgenden Logik auswertbar ist, wobei die Markierung im Bereich
der Fadenspule mehr als zwei Zustände aufweist, wobei mindestens
ein Zustand durch mindestens eine Farbe oder Mischung aus Grundfarben
definiert ist. Da durch mehr als zwei voneinander unterscheidbare Zustände, die über den
Umfang einer Fadenspule verteilt angeordnet sind, eine klare Abfolge
festgelegt ist, kann auf Basis einer Auswertung der Signalabfolge
auch eine Drehrichtung sicher unterschieden werden. Zudem kann im
Fall eines Fadenrisses oder eines vorzeitigen Fadenendes auch ein
Stillstand einer Unterfadenspule in dem Fall sicher erkannt werden, dass
durch sonstige Maschinenerschütterung
die Unterfadenspule in eine unregelmäßige Zitter- bzw. Pendelbewegung übergeht.
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Nach
dem Stand der Technik hat bereits jede Nähmaschine einen Fadenaufwickler
für einen
leeren Spulenkörper,
insbesondere einen Spulenkörper für einen
Unterfaden. Hiermit wird die Spule jedoch ohne Kontrolle oder Vorgabe
einer Fadenlänge
mit Faden gefüllt.
In Abweichung hiervon ist in einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dass eine Aufwickeleinheit mit einer Weiche
sowie einer im Wesentlichen exakt arbeitenden Längenmessung ein Aufwickeln
während
des Nähvorganges
bewirkt. In der vorstehend angedeuteten Art und Weise wird die Länge des
auf die Fadenspule aufzuwickelnden Fadens durch einen Controller
auf der Nähmaschine
unter Berücksichtigung
einer Vorgabe eines Anwenders in Abstimmung auf eine jeweilige Applikation
vorgewählt,
wobei in die Reserve und nachfolgend die Hauptspule voneinander
getrennt in einem Arbeitsgang aufgewickelt werden. Eine Kontrolle
der Fadenlänge
erfolgt dabei über
einen Inkrementalgeber derart, dass die Wicklung zuerst der Reserve
nach entsprechender Vorgabe und anschließend erst die Bewicklung der
großen
Kammer mit dem eigentlichen Hauptfaden nach vorgegebener Länge vorgenommen
wird. Zwischen diesen beiden Abschnitten erfolgt eine Umleitung
des zu wickelnden Fadens durch die Weiche der Aufspuleinheit.
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Vorzugsweise
wird ein Oberfadenverbrauch nicht durch einen nach dem Stand der
Technik gebräuchlichen
Rotationsmesser gemessen, der aus einem Licht-Sensor mit einer Loch-
bzw. Farbscheibe mit Umschlingung durch den geförderten Faden besteht. Vielmehr
wird ein Oberfadenverbrauch durch einen Inkrementalgeber ermittelt,
der die Länge
des verarbeitenden Fadens zusätzlich über einen
Controller an der Nähmaschine
misst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Fadenverbrauch der Unterfadenspule über einen
optischen Sensor mit mehr als drei unterscheidbaren Zuständen bzw.
einen Drei-Farben-Sensor
unter Auswertung durch den Controller der Nähma schine ermittelt. Hiermit
lassen nun im Zusammenspiel mit dem Inkrementalgeber des Oberfadens
nun der Fadenverbrauch von Oberfaden und Unterfaden und ein jeweiliges
Verhältnis
zueinander bei erheblich erhöhter
Messgenauigkeit ermitteln. Es hat sich in der Praxis als vorteilhaft
erwiesen, dass über
diese Messung die Lage eines Knotens oder einer Umschlingung von
Ober- und Unterfaden in oder an einem Nähstück bzw. Nähgut ermittelt werden kann.
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Bei
mehr als drei voneinander unterscheidbaren Zuständen sind die vorstehenden
Vorteile auch unter Verwendung eines schwarz-weiß-
bzw. hell/dunkel-Sensors in der ersten optischen Einrichtung, die
zur Umdrehungsüberwachung
der Fadenspule dient, erreichbar. Hierbei wird bevorzugt, dass die
Fadenspule nur einseitig mit einem Codemuster versehen ist. Dadurch
wird sichergestellt, dass bei einer zulässigen Wickelrichtung des Fadens
die Fadenreserve außerhalb
eines Überwachungsbereiches
des hell/dunkel-Sensors liegt, der wesentlicher Bestandteil einer
auf einen Abschnitt der Achse der Fadenspule gerichteten zweiten
optischen Einrichtung ist.
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Zudem
kann auf die vorstehend beschriebene Art und Weise auch eine Fadenspannung
des Oberfadens sowie des Unterfadens abgeleitet und somit überwacht
werden. Eine Überwachung
der Fadenspannung ist für
die Qualität
des Nähgutes
von Bedeutung und ist zur Garantie von optisch einwandfreien Nähten insbesondere
bei dünnen
Stoffen wichtig, da hier bei zu hoher Fadenspannung sonst ein Kräuseln des
textilen Materials auftreten kann.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung zur Verdeutlichung weiterer Vorteile und Eigenschaften
unter Bezugnahme auf die Abbildungen der Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1:
eine perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2:
eine Draufsicht auf eine Stirnseite einer Fadenspule;
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3a:
eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Unterfadenspule
zum Einsatz in einer Fadenüberwachungsvorrichtung;
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3b:
eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Unterfadenspule
zum Einsatz in einer Fadenüberwachungsvorrichtung;
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3c:
eine Schnittdarstellung der Ausführungsform
einer bewickelten Unterfadenspule von 3b bei
weitgehender Entleerung in einer Fadenüberwachungsvorrichtung und
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4a:
eine skizzierte seitliche Ansicht einer Aufspuleinheit beim Beginn
eines Bewickelns einer Fadenspule und
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4b:
die Ansicht der Aufspuleinheit von 4b beim
Beendigen des Bewickelns der Fadenspule.
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Über die
verschiedenen Abbildungen hinweg werden einheitlich gleiche Bezeichnungen
und Bezugszeichen für
gleiche Teile verwendet.
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Nachfolgend
wird ohne Beschränkung
der Erfindung auf diesen Einsatzfall nur noch auf eine Kontrolle
des Unterfadens beim Betrieb einer Nähmaschine eingegangen. 1 zeigt
dementsprechend als Explosionsdarstellung einen Ausschnitt einer
be kannten Nähmaschine 1,
bei der unter einem Nähtisch 2 eine
Fadenspule 3 in einem Drehgreifer 4 aufgenommen
ist und mit einem Spulengehäuse 5 abgedeckt
wird. Das Spulengehäuse 5 weist
eine Ausnehmung 6 auf, durch die Strahlung zur Überwachung
einer Drehbewegung der Fadenspule 3, wie sie durch das
Abziehen eines Fadens 7 von der Fadenspule 3 hervorgerufen
wird, von einer optischen Einrichtung 8 mit einer aktiven
Mehrfarben-Strahlungsquelle 9 entlang
einer Strahlachse S hindurch auf eine Markierung 10 einer
Außenstirnseite 12 der Fadenspule 3 mit
mehreren Markierungs-Zuständen gelangt.
An der Außenstirnseite 12 der
Fadenspule 3 wird die Strahlung reflektiert und zu einer
im Bereich der aktiven Mehrfarben-Strahlungsquelle 9 in
nicht weiter dargestellter Art und Weise angeordneten Detektoreinrichtung
reflektiert. In kompakter Bauweise wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als optische Einrichtung 8 ein sog. digitaler rgb-Sensor
mit integrierter Optik und Ansteuer- und Auswertungselektronik verwendet.
Auf die Funktionsweise wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Abbildungen der 2 und 3a eingegangen.
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In
einer Einbaulage der Fadenspule 3 ist zusätzlich zu
der vorstehend beschriebenen ersten optischen Einrichtung 8 eine
binär bzw.
auf schwarz/weiß-Kontrast
hin arbeitende zweite optische Einrichtung 14 vorgesehen.
Diese zweite optische Einrichtung 14 ist im Wesentlichen
auf eine Drehachse D der Fadenspule 3 im Betriebszustand gerichtet.
Sie bildet eine Restfaden-Überwachung, da
sie in bekannter Weise nur zwischen den Zuständen "Faden vorhanden" und "reflektierender Spulengrund" unterscheiden kann.
Diese Unterscheidung ist auf einen Überwachungsbereich B beschränkt, der auch
als Fenster bezeichnet werden kann. Auf diese Überwachung wird nachfolgend
noch im Detail eingegangen werden. Für diese Überwachungsaufgabe kann neben
Infrarot-Strahlung auch andere Strahlung innerhalb und außerhalb
des sichtbaren Lichts verwendet werden.
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3a zeigt
die Fadenspule 3 in einer seitlichen Schnittdarstellung,
aus der hervorgeht, dass die Fadenspule 3 im Bereich einer
Außenstirnseite 12 Senk-Erodierungen 15 aufweist,
in denen die Markierungen 10 durch Absenkung um einen Wert
a vor mechanischer Beanspruchung durch Bremsfedern etc., die insbesondere
Bestandteile des Spulengehäuses 5 sind,
geschützt
angeordnet sind.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf die Außenstirnseite 12 der
Fadenspule 3 von 3a. Anhand der 2 wird
deutlich, dass die Markierungen 10 in Form von drei Kreisring-Segmenten 16 mit
durch Stegen gebildeten Zwischenräumen z in den Farben grün g, rot
r, und blau b konzentrisch um die Drehachse D der Fadenspule 3 angeordnet
sind. Ein mittlerer Durchmesser d der Kreisring-Segmente 16 ist
der Position der Ausnehmung 6 am Spulengehäuse 5 entsprechend
gewählt.
Damit wird durch die optische Einrichtung 8 in der einen
Drehrichtung der Spule 3 eine Musterfolge der Farben grün, rot,
blau, in der entgegengesetzten Drehrichtung jedoch eine Farbfolge
grün, blau,
rot detektiert werden. Diese Farbfolgen sind voneinander klar unterscheidbar,
so dass in einer an die optische Einrichtung 8 angeschlossenen und
nicht weiter dargestellten Logik beide Drehrichtungen der Fadenspule 3 voneinander
klar unterscheidbar sind.
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In
einer in 3a nicht weiter dargestellten Art
und Weise sind beide Außenstirnseiten 12 der
Fadenspule 3 in gleicher Weise codiert, so dass eine derartige
Fadenspule 3 universell einsetzbar ist. Zu unterscheiden
ist beim Einsetzen der Fadenspule 3 lediglich hinsichtlich
der Wickelrichtung des Fadens auf der Fadenspule 3. Da
jedoch in der vorstehend dargelegten Art und Weise über einen
Farbwechsel jede der möglichen
Drehrichtungen der Fadenspule 3 erkannt werden kann, kann
auch ei ne hinsichtlich ihrer Wickelrichtung falsch eingelegte Fadenspule 3 sofort
erkannt werden. In diesem Fall würde
im Sinne des Poka-Yoke-Ansatzes ein Nähvorgang unter Ausgabe einer
entsprechend zielgerichteten Fehlermeldung sofort unterbrochen werden.
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Im
Falle eines Stillstandes der Fadenspule 3 würde dauerhaft
nur eines der Farbsignale g, r, b erkannt werden. Im Fall eines
Zitterns der Spule 3 würde
beispielsweise nur ein Wechsel zwischen den Markierungen b und r
detektiert werden. In beiden Fällen
würde durch
eine nachfolgende Logikschaltung eine Störung des Betriebes sofort erkannt
werden.
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In
bekannter Weise muss beim Wiederanlauf einer Nähmaschine 1 eine sogenannte
Nachlauf-Fadenmenge auf der hier dargestellten Unterfadenspule 3 erst
verbraucht werden, bis sich die Unterfadenspule 3 wieder
drehen kann. Es wird also zeitversetzt zu einem Nähbeginn
erst eine Drehung der Fadenspule 3 durch einsetzenden Musterwechsel über die optische
Einrichtung 8 detektiert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird dieser Spulennachlauf dadurch berücksichtigt, dass durch einen Stichzähler in
diesem Beispiel sieben Stiche ab Neustart des Nähvorganges abgewartet wird,
bis ohne Detektion einer Drehung der Fadenspule 3 auf einen wahrscheinlichen
Fadenriss des Unterfadens hingewiesen wird. Es wird damit erst ab
der Durchführung des
siebten Nähstiches
eine Fehlermeldung mit Zwangsabschaltung der Nähmaschine 1 bewirkt.
Ab Start eines neuen Nähvorganges
oder einer Änderung
der Nähbewegung
ist ein Maß von
ca. 5 bis etwa 19 Stiche eingerichtet, das auch ohne jede Detektion eines
Drehens der Fadenspule 3 bis zur Ausgabe einer Fehlermeldung
abgewartet wird. Dieses Maß wird
je nach Geometrie bzw. Dicke und Materialsteifigkeit des Nähgutes und
Stichlänge
einer bestimmten Nahtform, um nur einige wesentliche Pa rameter einer
Applikation zu nennen, von dem Fachmann einmal eingestellt und in
einer Steuerung abgelegt.
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Zur
Reinhaltung der optischen Einrichtung 8 ist eine mit gesäuberter
Pressluft beaufschlagte Düse 17 vorgesehen,
wie in der Abbildung von 1 angedeutet. Durch die gesäuberte Pressluft
wird unter Ansteuerung durch ein nicht weiter dargestelltes Magnetventil
mit zugehöriger
Regelschaltung ein Überdruckbereich
zwischen der optischen Einrichtung 8 und der Markierung 10 auf
der Außenstirnseite 12 der
Fadenspule 3 geschaffen. Hierdurch sind Ablagerungen von
Staub und Fadenabrieb, aber auch Niederschlag von Öl- oder
Kühl- und
Schmiermittel-Nebel in diesem für
die optische Erkennung sensitiven Bereich weitgehend ausgeschlossen.
Somit arbeitet eine derartige Vorrichtung im Vergleich zu bekannten
Vorrichtungen wesentlich störungsfreier.
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Eine
derartige Düse 17 kann
selbstverständlich
auch im Bereich der zweiten optischen Einrichtung 14 eingesetzt
werden. Diese zweite optische Einrichtung 14 mit binärer Entscheidung
unter Auswertung eines Ausgangssignals eines schwarz/weiß-Sensors 18 auf
Basis eines starken hell-/dunkel-Kontrastes dient einer Restfaden-Überwachung
auf der Fadenspule 3. Diese Funktion wird nun unter Bezugnahme
auf die Abbildungen der 3a bis 4b näher beschrieben:
In 3a ist
an der Fadenspule 3 für
eine Restfadenüberwachung
weiterhin eine Aufteilung der gesamten, zum Bewickeln mit Nähfaden zur
Verfügung
stehenden Spulenachse 19 vorgesehen. Hierzu ist in diesem
Ausführungsbeispiel
durch einen mit der Spule 3 im Bereich der Achse 19 verbundenen
und vorzugsweise einstückig
ausgebildeten Kreisring 20 ein Hauptfach 21 und
ein Reservefach 22 gebildet worden, wie sie in unterschiedlicher
Bauform aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Beim
Bewickeln der Fadenspule 3 wird mit dem Reservefach 22 zur
Unterbringung einer genau vorgegebene Fadenmenge an Reservefaden
R begonnen. Daran anschließend
wird das Hauptfach 21 mit Hauptfaden H bewickelt. In einer
nicht weiter dargestellten Ausführungsform
der Erfindung ist das Reservefach 22 so bemessen, dass
es mit Erreichen der vorbestimmten Reserve-Fadenmenge R mit dem Kreisring 20 abschließend gefüllt ist.
Eine Füllhöhe h des
Reservefadens R in dem Reservefach 22 entspricht dann also
einer Höhe
des Kreisrings 20. Anschließend wird das Hauptfach 21 bewickelt,
wobei dann zur Ausnutzung einer durch die Geometrie der Fadenspule 3 gegebene
Faden-Kapazität dadurch voll
ausgenutzt wird, dass bis zu einer maximalen Wickelhöhe nun die
gesamte zur Verfügung
stehende Breite der Spulenachse 19 zum Aufwickeln von Faden 7 genutzt
wird. Bei Spulenhöhen
von nur ca. 15 bis 18 mm ist dieser Schritt zur Minderung einer
Anzahl von Unterfaden-Spulenwechseln
während
eines Arbeitstages sehr vorteilhaft.
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3b zeigt
eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Unterfadenspule 3 zum
Einsatz in einer Fadenüberwachungsvorrichtung
analog der Darstellung von 3a. Hier
ist eine räumliche
Trennung zwischen Reservefaden R und Hauptfaden H auch ohne eine
entsprechende Ausbildung der Fadenspule 3 selber rein durch
die Art der Bewicklung gegeben:
Der Reservefaden R bildet zu
Anfang einer Bewicklung der Fadenspule 3 eine Kegelstumpf,
der nachfolgend mit dem Hauptfaden H ohne Änderung der Wickelrichtung überwickelt
wird, um die Speicherkapazität
der Fadenspule 3 optimal zu nutzen.
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In 3c veranschaulicht
eine Schnittdarstellung der Ausführungsform
der bewickelten Unterfadenspule 3 von 3b eine
Situation bei weitgehender Entleerung bzw. Abwicklung des Hauptfadens
H. Hier ist die anfängliche Überwicklung
der Reserve R vollständig
aufgebraucht bzw. abgespult. Die Reserve R verbleibt als Kegelstumpf
außerhalb
des Überwachungsbereiches
B des Sensors 18. Die Achse 19 liegt also in einem Überwachungsbereich
B des Sensors 18 blank bzw. die Achse der Fadenspule 3 weist
eine im Vergleich zu dem Faden 7 wesentlich höhere Reflexion
auf, so dass eine Fortsetzung des Nähvorganges unter Einsatz der
Reserve R erkannt wird. Die angeschlossene Logik in einer zentralen Steuerung
weiß nun,
dass bis zu einem zwingend erforderlichen Wechsel der Unterfadenspule 3 nur
noch eine vorherbestimmte Anzahl von Stichen ausgeführt oder
Nähteilen
gefertig werden können.
-
Die
Abbildungen der 3c und 3b können selbstverständlich auch
in umgekehrter Reihenfolge betrachtet werden. Dann stellt diese
Figurenfolge ein Verfahren zum Bewickeln einer Fadenspule 3 dar.
-
4a stellt
in einer skizzierten seitlichen Ansicht eine Aufspuleinheit 23,
die i.d.R. in einem oberen Bereich auf einer Nähmaschine vorgesehen ist, bei
Beginn eines Bewickelns einer Fadenspule 3 dar. Auf die
zeichnerische Darstellung einer konkreten Fadenzuführung und
eines angetriebenen Halters für
eine Fadenspule 3 wurde verzichtet. In dieser Vorrichtung 23 wird
der Faden durch eine Weiche W aus einer Mittellage M soweit heraus
abgelenkt, dass der Reservefaden R als konischer Kegelstumpf in
einem Bereich aufgewickelt wird, der in einer Betriebsposition während eines
Nähprozesses
außerhalb
des Überwachungsbereiches
B des Sensors 18 liegt. Wenn also der Reservefaden R verbraucht
wird, ist der Abschnitt B bereits sicher frei von Nähfaden und weist
dementsprechend eine hohe Reflexion auf, die vom Sensor 18 empfangen
und nachfolgend entsprechend ausgewertet wird.
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4b zeigt
die Ansicht der Aufspuleinheit von 4a beim
Beendigen eines Bewickelns der Fadenspule 3. Es ist bei gleichbleibender
Wicklungsrichtung ein nach außen
hin homogener Körper
unter optimaler Ausnutzung der Speicherkapazität der Fadenspule 3 hergestellt
worden. Mit Verbrauch der Fadenreserve R auf der im Einsatz befindlichen
Spule 3 ist auch das Bewickeln der Spule 3 nach 4b für den neuen
Einsatz beendet. Ein Austausch kann bei geringem Zeitaufwand durchgeführt werden.
-
Durch
die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist es möglich, genaue
Fadenmengen und Restfadenmengen bzw. Fadenreserven aufzuwickeln.
Zusätzlich
wird über
einen oder vorzugsweise zwei Inkremental-Messköpfe ein Oberfadenverbrauch
erfasst. Unter Auswertung der von den optischen Einrichtungen 8 und 14 eingehenden
Signale kann nun im Zuge einer Korrelation unter Einsatz entsprechender
Software in einem Rechenwerk ein Verhältnis von Unterfadenverbrauch
zu Oberfadenverbrauch gebildet werden. Bei einer Verarbeitung von Gurtmaterial,
z.B. zur Herstellung von Sicherheitsgurten, beträgt das Verhältnis von Unterfadenverbrauch
zu Oberfadenverbrauch ungefähr
3:1, wobei eine Verschlingung bzw. Knotenbildung von Unter- und
Oberfaden schon aus optischen Gründen
sehr nahe am Material und insbesondere auf der Seite des Unterfadens
erwünscht
ist. Es ist somit bei Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
bereits nach sehr kurzem Einmessen einer Nähmaschine für eine Applikation eine zuverlässige Verbrauchsabschätzung und
entsprechende Arbeitsplanung möglich.
Je nach Aufspulvorgabe für
die Fadenreserve kann dann bei Ausgehen des Nähfadens aus dem Hauptfach
- • ein
begonnenes Teil noch ohne Fehler fertiggestellt werden;
- • nach
Ende des laufenden Nähvorganges
noch ein weitere Teil gefertigt werden, bevor die Fadenspule zu
wechseln ist oder
- • nach
Ende des laufenden Nähvorganges
können
noch x weitere Teile gefertigt werden, bevor die Fadenspule zu wechseln
ist.
-
Ferner
kann die Signalauswertung mit folgenden Zielen betrieben werden:
- • Drehrichtungserkennung
der Fadenspule mit sofortiger Fehlerabschaltung;
- • Füllung der
Fadenspule nach Vorgabe für
Restfaden und Hauptfaden;
- • Auswertung
und Abschätzung
der Restmengen, die noch vollständig
vernäht
werden können;
- • Auswertung
eines Oberfadenverbrauchs und Rückschluss
auf Fadenspannungen bei Oberfaden und/oder Unterfaden
-
In
vielen Anwendungen wird in der Praxis auch ein häufiger Farbwechsel vorgenommen.
Hier besteht nun unter Einsatz eines erfindungsgemäßen Verfahrens
die Möglichkeit,
vergleichsweise genau nur den wirklich benötigten Fadenbedarf aufzuspulen.
Eine jeweilige Restmenge auf der Fadenspule kann so sehr gering
gehalten werden, so dass für Spulzeit,
Faden und Restfadenabfall Kosten eingespart werden können.
-
In
jedem Fall wird im Rahmen dieser Erfindung bevorzugt, dass diese
gesamte Steuerung in einer gesonderten Einheit ausgeführt wird,
die eine Steuerung der Nähmaschine
ergänzt.
Bei Nähende, also
bei Verbrauch des Fadens in der Fadenspule unter zugelassener Nutzung
der Fadenreserve, wird die Nähmaschine
erst nach Wechsel der Fadenspule wieder für einen weiteren Produktionsstart
freigegeben.
-
- 1
- Nähmaschine
- 2
- Nähtisch
- 3
- Fadenspule
- 4
- Drehgreifer
- 5
- Spulengehäuse bzw.
Spulenabdeckung
- 6
- Ausnehmung
- 7
- Faden
- 8
- optische
Einrichtung
- 9
- aktive
Mehrfarben-Strahlungsquelle
- 10
- Markierung
- 11
-
- 12
- Außenstirnseite
- 13
-
- 14
- zweite
optische Einrichtung
- 15
- Senk-Erodierung
- 16
- Kreisring-Segment
- 17
- Düse
- 18
- schwarz/weiß-Sensor
- 19
- Spulenachse
- 20
- Kreisring
- 21
- Hauptfach
- 22
- Reservefach
- 23
- Aufspuleinheit
- g
- Farbe
grün
- r
- Farbe
rot
- b
- Farbe
blau
- D
- Drehachse
- S
- Strahlengang
- a
- Erodierungstiefe
- d
- mittlerer
Durchmesser von 16
- z
- Zwischenräumen
- h
- Füllhöhe des Reservefachs 22
- B
- Überwachungsbereich
auf der Spulenachse 19
- H
- Hauptfaden
- R
- Reservefaden/Restfaden/Restfadenmenge
- M
- Mittellage
- W
- Weiche