DE102007022050A1

DE102007022050A1 - Nähmaschine mit einem Schmiermittelstandsdetektor

Info

Publication number: DE102007022050A1
Application number: DE200710022050
Authority: DE
Inventors: Mark-Arno Weimann
Original assignee: Pfaff Industriemaschinen GmbH
Current assignee: Pfaff Industriesysteme und Maschinen GmbH
Priority date: 2007-05-08
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2008-11-13

Abstract

Bei einer Nähmaschine mit einer Antriebseinrichtung zur Generierung von Bewegungen von Nähelementen, mit denen eine Nahtbildung an Nähgut erzeugbar ist, wobei die Antriebseinrichtung mit einer Schmiermittelversorgung versehen ist, deren Schmiermittelvorratsbehälter einen Schmiermittelstanddetektor aufweist, soll bezüglich der Schmiermittelversorgung eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet werden. Es wird deshalb für eine solche Nähmaschine vorgeschlagen, daß der Schmiermittelstandsdetektor mit zumindest einem kapazitiven Sensor versehen ist, dessen Kapazität zumindest innerhalb eines Bereichs des möglichen Füllstands des Schmiermittels in Abhängigkeit des Füllstands variabel ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nähmaschine mit einer Antriebseinrichtung zur Generierung von Bewegungen von Nähelementen mit denen eine Naht an Nähgut erzeugbar ist, wobei die Antriebseinrichtung mit einer Schmiermittelversorgung versehen ist, deren Schmiermittelvorratsbehälter einen Schmiermittelstanddetektor aufweist.
Nähmaschinen weisen eine Antriebseinrichtung auf, mit denen Nähelemente, wie beispielsweise Nähnadel und Greifer, in Antriebsbewegungen versetzt werden, die zu einer Nahtbildung an Nähgut genutzt werden. In Nähmaschinen wird aufgrund hoher dynamischer und kinetischer Beanspruchungen der sich bewegenden Teile in der Regel eine Schmierung benötigt. Dies gilt insbesondere – jedoch nicht ausschließlich – für Industrienähmaschinen, gleich welchen Bautyps. Die Schmierung wird in der Regel durch ein Schmieröl vorgenommen, das aus einem Vorratsbehälter zu den Stellen in der Nähmaschine gelangt, an denen das Schmiermittel benötigt wird.
Da das Schmiermittel somit während des Betriebs der Nähmaschine verbraucht wird und die Nähmaschinen bei ausbleibender Schmierung erheblich beschädigt werden können, ist von besonderer Bedeutung, daß sich im Schmiermittelvorratsbehälter stets eine ausreichende Menge an Schmiermittel befindet. Aus dem Stand der Technik sind Lösungen vorbekannt, bei denen der Schmiermittelbehälter mit Markierungen versehen ist, die durch den Maschinenbenutzer abgelesen werden sollen.
Eine weitere vorbekannte optische Einrichtung, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2004 059 194 A1 bekannt ist, setzt einen Ölbehälter voraus, in dem ein Tauchkörper mit einer teilreflexiven Fläche angeordnet ist, aus der Licht austreten soll. Solange der Tauchkörper in Öl eingetaucht ist, läßt die Fläche das Licht hindurchtreten. Ist die Fläche jedoch nicht mehr mit Öl benetzt ist, so soll sie das Licht reflektieren, was dann als nicht mehr ausreichender Ölstand registriert werden kann. An dieser Lösung kann nicht vollständig zufrieden stellen, daß die Funktionssicherheit des Detektors bei einer Verschmutzung der teilreflexiven Fläche beeinträchtigt sein kann. Zudem kann mit dieser Lösung lediglich dann reagiert werden, wenn der Ölstand bereits einen kritischen Füllstand erreicht hat.
Schließlich sind beispielsweise aus der DE 1 666 538 U auch Lösungen mittels eines Schwimmers bekannt, der im Vorratsbehälter angeordnet ist. Auch solche Lösungen sind nicht ausreichend zuverlässig, da beispielsweise befürchtet werden kann, daß der Schwimmer im Behälter hängen bleibt und es dadurch zu Fehlinformationen kommt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde eine Nähmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der bezüglich der Schmiermittelversorgung eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Nähmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schmiermittelstandsdetektor mit zumindest einem kapazitiven Sensor versehen ist, dessen Kapazität zumindest innerhalb eines Bereichs des Schmiermittelfüllstands in Abhängigkeit des Schmiermittelfüllstands variabel ist. Die Aufgabe wird zudem durch eine Verwendung von zumindest einem Kondensator bzw. einem kapazitivem Bauelement gemäß Anspruch 13 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst.
Durch die Erfindung findet eine Abkehr von den bisher aus dem Nähmaschinenbereich bekannten Schmiermittelversorgungen statt. Soweit bei diesen eine automatisierte Niveaustandserkennung des Schmiermittels vorhanden ist, basiert diese stets auf einer optischen oder mechanischen Lösung. Die Erfindung sieht hingegen für die Schmiermittelversorgung von Nähmaschinen eine Niveaustandserkennung auf Grundlage einer Veränderung der Kapazität eines Kondensators vor. Es wird hierbei der Effekt ausgenutzt, daß sich durch die Veränderung des Niveaus des Schmiermittels das elektrische Feld bzw. das Dieelektrikum zwischen den Kondensatorplatten des behälternah angeordneten Kondensators verändert. Diese Veränderung führt zu einer Veränderung der Kapazität des Kondensators, die somit in einem funktionalen Zusammenhang mit der Veränderung der Menge an Schmiermittel im Vorratsbehälter steht. Die Veränderung der Kapazität des Kondensators aufgrund einer Veränderung des Füllstands kann deshalb genutzt werden, um Rückschlüsse auf den jeweils vorhandenen Füllstand des Schmiermittels abzuleiten.
Im Gegensatz zu optischen Lösungen können bei der erfindungsgemäßen Lösung keine das Meßergebnis verfälschende Verschmutzungen der Meßoptik auftreten. Zudem muß für den Schmiermittelstandsdetektor oder den Vorratsbehälter nicht zwingend ein transparenter oder ein teilreflexiver Werkstoff verwendet werden.
Es ist hierbei bevorzugt, wenn sich das kapazitive Element (Kondensator) des Schmiermittelstandsdetektors über zumindest einen Teilbereich der zu erwartenden Füllstandshöhen erstreckt. Hierdurch ist es möglich die Veränderung der Füllstandshöhe kontinuierlich zu verfolgen. Dies ermöglicht beispielsweise bei unterschiedlichen Füllstandshöhen unterschiedliche Warnmeldungen auszugeben und/oder Maschinenaktionen auszuführen.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es nicht erforderlich, daß der Schmiermittelstandsdetektor mit dem Schmiermittel in Kontakt ist, um Informationen über das Schmiermittelniveau im Vorratsbehälter ermitteln zu können. Solche Informationen können selbst dann ermittelt werden, wenn sich der Detektor innerhalb der Behälterwand oder im Bereich von dessen Außenseite befindet. Obwohl bei dieser Ausführungsform das Schmiermittel sich nicht unmittelbar zwischen den Kondensatorplatten befindet und somit nicht als eigentliches Dielektrikum wirkt, hat das Schmiermittel Einfluß auf das elektrische Feld zwischen den Kondensatorplatten. Da auch hierdurch die Kapazität des Kondensators verändert wird, ergeben sich auch bei derartigen Ausführungsformen die prinzipiell gleichen funktionalen Abhängigkeiten zwischen dem Niveau des Schmiermittels im Vorratsbehälter und der meßbaren Kapazitätsveränderung wie bei solchen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen der zumindest eine Kondensator innerhalb des Schmiermittelvorratsbehälters angeordnet ist.
Bei bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen können die sich bei üblichen Plattenkondensatoren gegenüberliegenden und die Kapazität des Kondensators mitbestimmenden Flächen A des Kondensators zumindest in etwa miteinander fluchtend angeordnet und nicht wie sonst üblich, sich gegenüber liegen. Bei einem solchen „aufgeklappten" Plattenkondensator stehen sich somit die schmäleren Stirnseiten der Platten gegenüber. Diese Ausführungsform bringt unter anderem den Vorteil mit sich, daß der Kondensator eine geringe Bauhöhe aufweist und besonders günstig in oder auf die Behälterwand angebracht werden kann. Eine vorteilhafte Weiterbildung kann beispielsweise vorsehen, daß die Kondensatorplatten auf einer Platine oder einem sonstigen Substrat angeordnet sind – die auch weitere Schaltungselemente des Schmiermittelstandsdetektors aufnehmen kann – und die an einer Außenseite des Behälters angebracht ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform kann einen mit mehreren Kondensatoren versehenen Schmiermitteldetektor aufweisen, dessen Kondensatoren treppenartig übereinander angeordnet sind. Die Kondensatoren sollten hierbei in Richtung der Schmiermittelstandsveränderung hintereinander angeordnet sein. Mit einem solchen Schmiermitteldetektor kann durch die einzelnen Kondensatoren festgestellt werden, ob sich entlang des möglichen Schmiermittelniveaus auf der jeweiligen Höhe von einem der Kondensatoren Schmiermittel befindet. Die Meßwerte des Kondensatoren können hierzu miteinander verglichen werden, um festzustellen zwischen welchen der Kondensatoren sich das jeweils aktuelle Niveau des Schmiermittels im Behälter befindet.
Im Rahmen der Erfindung hat es sich gezeigt, daß Meßergebnisse des erfindungsgemäß vorgesehenen Schmiermittelstandsdetektors von Umgebungseinflüssen abhängig sein können. Es ist daher bevorzugt, wenn bei der Auswertung der vom Detektor zur Verfügung gestellten Daten zur Bestimmung von Informationen zum Füllstand eine Kompensation der Daten insbesondere unter Verwendung von Referenzdaten stattfindet. Eine solche Kompensation bzw. Kalibrierung kann beispielsweise in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur, der Umgebungsluftfeuchtigkeit und ähnlichem stattfinden. Die von dem zumindest einen kapazitiven Sensorelement (Kondensator) ermittelten Werte können hierbei durch an geeigneter Stelle abgelegte Referenzwerte zu Werten verrechnet werden, die von den Umgebungseinflüssen befreit sind.
Die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schmiermitteldetektors ermittelten Informationen über den Füllstand können insbesondere bei einem kalibrierten Sensor zur Ausgabe von absoluten oder relativen Angaben zu Füllstand des Schmiermittels genutzt werden, die gegebenenfalls durch Warnmeldungen angezeigt werden können. Ebenso ist es möglich Wartungsmeldungen auszugeben und bei besonders tiefem Füllstand, bei der eine Gefahr der Beschädigung der Maschine aufgrund von fehlendem Öl droht, die Maschine still zu legen. Schließlich können die Informationen über den Füllstand auch einer Einrichtung zur Betriebsdatenerfassung zugeführt werden, um beispielsweise den Ölverbrauch zu dokumentieren. Hierdurch kann unter anderem der Ölverbrauch pro Maschinenstunde bzw. die Anzahl Maschinenstunden pro Füllmenge des Vorratsbehälters protokolliert werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Die Erfindung wird anhand von in den Figuren rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, es zeigen:
1 eine Nähmaschine, an der der erfindungsgemäße Schmiermitteldetektor zum Einsatz kommt;
2 eine stark schematisierte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Füllstandssensors für eine Nähmaschine gemäß 1;
3 eine stark schematisierte Darstellung eines als Streifensensor ausgebildeten zweiten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Füllstandssensors;
4 eine stark schematisierte Darstellung eines als Treppensensor ausgebildeten dritten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Füllstandssensors
5 eine Schaltungsanordnung für eine Auswerteeinheit zur Auswertung der von einem erfindungsgemäßen Sensor zur Verfügung gestellten Informationen;
6 Meßergebnisse eines Temperatursensors (Referenz) bei leerem und bei vollem Vorratsbehälter bei unterschiedlichen Temperaturen;
7 Meßergebnisse eines kapazitiven Sensors bei leerem und bei vollem Vorratsbehälter bei unterschiedlichen Temperaturen;
In 1 ist in einer stark schematisierten Weise eine Nähmaschine dargestellt, deren Gehäuse 1 eine untere gehäuseförmige sogenannte Grundplatte 2 aufweist, von der aus sich ein Ständer 3 im wesentlichen senkrecht nach oben erstreckt. An einem oberen Ende des Ständers schließt sich ein Arm 4 an, der in etwa parallel zur Grundplatte 2 verläuft.
Die Nähmaschine weist eine im Arm 4 gelagerte Armwelle auf, die ebenso wie die nachfolgend genannte weiteren grundsätzlichen Bestandteile der Nähmaschine in 1 nur teilweise dargestellt sind. Die Armwelle treibt einen oszillierend auf und ab bewegbaren Nadelhalter 5 an, der eine Nähnadel zur Aufnahme eines Oberfadens aufnehmen kann. In der Grundplatte 2 ist ein Fadengreifer 6 angeordnet, dessen rotative Bewegung mit der oszillierenden Bewegung des Nadelhalters 5 synchronisiert ist. Ein Unterfaden befindet sich auf einer Spule, die in einer Kapsel angeordnet ist. Der Greifer 6 führt hierbei den Oberfaden um die Kapsel. Üblicherweise werden der Nadelhalter 5 und der Greifer 6 von einem gemeinsamen Antrieb, nämlich einem nicht näher dargestellten Servo-Elektromotor angetrieben.
Für die dynamisch sehr stark beanspruchte Mechanik der Nähmaschine ist eine prinzipiell vorbekannte Schmiermittelversorgung 7 vorgesehen, die aus einem beispielsweise in der Grundplatte angeordneten Schmiermittelvorratsbehälter 8 Schmiermittel 9 an vorbestimmte Stellen in der Nähmaschine fördert um dort eine Schmierung der Nähmaschinenmechanik zu gewährleisten. Hierzu verlaufen vom Schmiermittelvorratsbehälter aus an diese Stellen nicht näher dargestellte Schmiermittelleitungen. Der Schmiermittelvorratsbehälter kann beispielsweise wie in 1 gezeigt in der Grundplatte 2 angeordnet sein.
In einer ersten in 2 stark schematisiert gezeigten Ausführungsform ist im Schmiermittelvorratsbehälter 8 ein als Plattenkondensator 10 ausgebildeter Schmiermitteldetektor angeordnet. Die beiden Platten 10a, 10b des Detektors erstrecken sich im wesentlichen über die gesamte mögliche Füllstandshöhe h des Schmiermittels im Schmiermittelvorratsbehälter und kommen somit mit dem Schmiermittel in Kontakt. Je nach Füllstandshöhe befindet sich mehr oder weniger Schmiermittel zwischen den Kondensatorplatten. Der Kondensator weist die Kapazität C = ε0·εr·A/dauf wobei unter ε₀ die elektrische Feldkonstante, ε_r die Dielektrizitätskonstante, unter A die Fläche der Kondensatorplatten sowie unter d ihr Abstand zueinander zu verstehen ist.
Aufgrund des variablen Ölsstands zwischen den Platten ergibt sich ein dementsprechend variabler Wert des Dielektrikums des Kondensators, was zu einer variablen Kapazität des Kondensators 10 führt. Als Maß des Ölstandes kann beispielsweise eine Größe S mit S = (Cist – C0)/(Cv – C0)herangezogen werden, wobei unter C₀ die Kapazatät des Kondensators bei leerem Vorratsbehälter, C_v die Kapazität bei vollständig gefülltem Vorratsbehälter sowie C_ist die jeweilige momentane Kapazität des Kondensators zu verstehen ist, die es beim jeweiligen Füllstand zu bestimmen gilt. Die Größe S stellt somit ein Maß für die Füllstandshöhe des Schmiermittels im Vorratsbehälter dar. Zur Bestimmung der Größe S kann der Kondensator an einen Mikrocontroller angeschlossen sein, in dem die Werte C₀ und C_v als Konstanten abgelegt sind.
Da bei dem angewandten Funktionsprinzip auch das elektrische Feld zwischen den Kondensatorplatten maßgeblichen Einfluß auf die Meßwerte hat, ist es nicht erforderlich die Kondensatorplatten gegenüberstehend anzuordnen. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kondensator deshalb ein aufgeklappter Plattenkondensator 14, bei dem die Kondensatorplatten 14a, 14b mit ihren Kondensatorflächen nebeneinander und miteinander fluchtend angeordnet sind. Das die Kapazität des Kondensators beeinflussende elektrische Feld zwischen den beiden Kondensatorplatten ist durch Linien 15 angedeutet. Die Informationsermittlung über die Füllstandshöhe kann bei dieser auch als Streifenkondensator bezeichenbaren Ausführungsform in prinzipiell gleicher Weise erfolgen wie beim Ausführungsbeispiel nach 1 und 2.
In 4 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für einen kapazitiven Schmiermittelstandsdetektor dargestellt, bei dem sich eine Kondensatorplatte 17a im wesentlichen über die gesamte Höhe des Vorratsbehälters 8 erstreckt, die für die Messung von Bedeutung ist. Dieser einen Kondensatorplatte 17a liegen über die Höhe bzw. Länge der Kondensatorplatte 17 gleichmäßig verteilt mehrere kleinere Kondensatorplatten 17b–g gegenüber und bilden jeweils mit der größeren Kondensatorplatte einen eigenen Kondensator. Für jeden dieser hierdurch gebildeten Kondensatoren kann aufgrund seiner jeweils gemessenen Kapazität festgestellt werden, ob sich auf seiner Höhe Schmiermittel befindet. Die Füllstandshöhe kann bei diesem Ausführungsbeispiel somit dadurch festgestellt werden, daß die beiden hintereinander angeordnete Kondensatoren ermittelt werden, bei denen der untere der beiden eine Kapazität aufweist, die dem Vorhandensein von Schmiermittel entspricht und dem nach oben nachfolgenden Kondensator, dessen Kapazität einem Leerstand entspricht. Im Ausführungsbeispiel von Fig. sind dies die Kondensatoren, zu denen die Kondensatorplatten 17e und 17f gehören.
Um auch solche Füllstandshöhe erfassen zu können, bei denen sich die aktuelle Füllstandshöhe im Bereich von einer der kleineren Kondensatorplatten befindet, kann bei der Auswertung für die Kapazität ein Grenzwert festgelegt werden, bei dessen Unterschreiten dem jeweiligen Kondensator der Zustand „ohne Schmiermittel" und bei dessen Überschreiten dem Kondensator der Zustand „Schmiermittel vorhanden" noch zugeordnet wird.
Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel nach 4 kann sowohl in üblicher Plattenanordnung als auch in aufgeklappter Streifenanordnung ausgebildet sein. Ebenso kann dieser Sensortyp sowohl in einer Ausführungsform Verwendung finden, in der er mit dem Schmiermittel in Kontakt kommt oder aber außerhalb des Aufnahmevolumens des Vorratsbehälters 8 angeordnet ist.
In 5 ist eine mögliche Schaltungsanordnung zur Auswertung der vom Füllstandssensor gemäß 4 zur Verfügung gestellten Informationen dargestellt. Demnach ist jede Platte des Schmiermittelstandsdetektors 17 an einen Multiplexer 19 angeschlossen, der die Signale an einen Σ-Δ Analog – Digital Wandler 20 weitergibt. Zusätzlich ist ein Temperatur-Sensor 21 an den Multiplexer 19 angeschlossen. Der Temperatur-Sensor 21 ermittelt die jeweils im Bereich der Kondensatorplatten herrschende Temperatur und gibt ein dieser entsprechendes Signal an den Eingang des Multiplexers 19 ab. An den 16Bit A/D-Wandler 20 schließt sich ein Mikrocontroller 22 an, der seine Informationen an eine nicht näher dargestellte Steuerung der Nähmaschine weitergibt. Es ist hierbei bevorzugt, wenn in der Nähmaschine die Kommunikation zwischen der Steuerung und anderen Komponenten, insbesondere mit dem Mikrocontroller 22, über ein Bus-System 23 erfolgt.
Der A/D-Wandler 20 ermittelt zyklisch die Kapazitätswerte der Eingänge am Multiplexer 19 sowie den Wert des Temperatur-Sensors 21, so daß der A/D-Wandler insgesamt acht Werte abfragt. Im Mikrocontroller 22 können die ermittelten Werte zusammen mit Referenz- bzw. Kompensationsdaten in vorbestimmter Weise verrechnet werden. Hierbei können insbesondere Abhängigkeiten der Kondensatoren von Umgebungseinflüssen kompensiert werden.
Beim Ausführungsbeispiel findet eine Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Meßwerte der Kondensatoren statt. Zu diesem Zweck sind im Mikrocontroller Meßwerte der einzelnen Kondensatoren bei verschiedenen Temperaturen, beispielsweise von 20°C bis 60°C in 10°C-Intervallen, abgelegt. Hierbei sind solche Referenzwerte für diese Temperaturen sowohl für einen befüllten als auch einen nicht befüllten Vorratsbehälter zuvor ermittelt und abgelegt worden. Zudem sind die Werte für Steigungen der funktionalen Abhängigkeiten der Referenzmeßwerte innerhalb der 10°C-Temperaturintervalle abgelegt.
Am Beispiel eines Sensors des Typs OS-H001V002-050407-005, ergeben sich hierdurch folgende Werte, die gemessen bzw. vom Mikrocontroller oder einer sonstigen Auswerteeinheit ermittelt werden können: Tabelle 1

ohne Öl: Temp. (°C) Referenz Sensor

20 3408 4990

30 3757 5363

40 4071 5665

50 4363 5924

60 4564 6058

Tabelle 2:

mit Öl: Temp. (°C) Referenz Sensor

20 3496 7708

30 3814 7666

40 4105 7872

50 4363 7577

60 4569 7642
Die Abhängigkeit der Referenz und des Sensors von der Temperatur, jeweils bei leerem und bei gefülltem Vorratsbehälter, sind in den 6 und 7 dargestellt. Hierbei ist unter „Referenz" der vom Temperatursensor bei der jeweiligen Temperatur gelieferte Meßwert zu verstehen. Unter „Sensor" soll der für die Füllstandsmessung vorgesehene jeweilige Kondensator bzw. das jeweilige kapazitive Bauelement verstanden werden, dessen digitalisierte Meßwerte In den beiden obigen Tabellen ebenfalls enthalten sind.
Bei der jeweiligen Ermittlung von Informationen zur Füllstandshöhe während des Betriebseinsatzes des Sensors werden stets aktuelle Werte des Sensors und der Referenz gemessen. Aufgrund des Meßwertes des Temperatursensors (Referenz) wird ermittelt, in welchem Temperaturintervall derzeit der Sensor seine Werte mißt. Liefert beispielsweise der Temperatursensor den Wert 3600 dann ergibt sich aus Tabelle 1:

Referenz (20°C) < Meßwert Referenz < Referenz (30°C)

3408 < 3600 < 3757
Folglich findet die aktuelle Messung bei einem Temperaturwert zwischen 20°C und 30°C statt.
Unter der Annahme einer linearen Abhängigkeit der Meßergebnisse des Temperatursensors innerhalb der einzelnen Temperaturintervalle ergibt sich in diesem Temperaturbereich für die Referenzwerte eine Steigung (Wertedifferenz der Referenz in einem Temperaturintervall) ΔReferenz: ΔReferenz: = Referenzwert(Abschnitt Ende) – Referenzwert(Abschnitt Anfang) ΔReferenz = Referenzwert(30°C) – Referenzwert(20°C) = 3757 – 3408 = 349
Hieraus läßt sich die Ist-Temperatur T wie folgt errechnen: T = ([Meßwert Referenz – Offset Referenz]/ΔReferenz)·ΔT + To T = (3600 – 3408)/349·10 + 20 = (192/34.9) + 20 = 25.5°C
Hierbei bedeuten:

ΔT:

Temperaturdifferenz im jeweiligen Temperaturabschnitt bzw. -intervall;

To_[Abschnitt]

: Temperatur am Anfang eines Abschnittes; mit

Abschnitt:

Temperaturintervall (z. B. 10°C)

Offset:

Meßwert bei To_[Abschnitt]

Für die Bestimmung des Füllstandes, der sich wie folgt ergibt: Füllstand = ((Meßwert Sensor – Sensor_(erwartet))/Hub(To))·100 sind zudem die Größen: Sensor(erwartet) = Offset Sensor + (T – To)·ΔSensor/ΔReferenz Hub = Sensorwertvoll – Sensorwertleer zu bestimmen, wobei hierbei die benutzten Größen wie folgt definiert sind:

Sensor_(erwartet): temperaturkompensierter Sensorwert für leeren Behälter
Hub:: Auslenkung zwischen vollem und leerem Behälter bei bestimmter Temperatur

ΔSensor: = Sensorwert(Abschnitt Ende) – Sensorwert(Abschnitt Anfang)

Werden diese Zusammenhänge auf die Meßwerte von 3600 für die Referenz sowie von 6000 als Meßwert für den Sensor angewandt ergibt sich folgendes: ΔReferenz = Referenzwert(30°C) – Referenzwert(20°C) = 3757 – 3408 = 349 ΔSensor = Sensorwert(30°C) – Sensorwert(20°C) = 5363 – 4990 = 373 Hub = Sensor voll(To) – Sensor leer (To) = 7708 – 4990 = 2718→ T = (3600 – 3408)/349·10 + 20 = (192/34.9) + 20 = 25.5
→ Sensor (erwartet): 4990 + (25.5 – 20)·37.3 = 4990 + 205 = 5195
→ Füllstand = (6000 – 5195)/2718·100 = 1010/27.18 = 37%
Mit der Messung des Sensors und der beschriebenen Auswertung durch den Mikrocontroller kann somit unter Ausschluß der Temperaturabhängigkeit des Sensors ermittelt werden, daß der Vorratsbehälter noch zu 37% gefüllt ist.
Die in der nachfolgenden Tabelle umrahmten Werte bzw. Informationen werden somit im Mikrocontroller abgespeichert und fließen zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Sensors bei der Auswertung durch den Mikrocontroller ein:
Die vorstehende Auswertung wurde am Beispiel eines Linear-Sensors durchgeführt, wie er in den 2 und 3 gezeigt ist. Das Verfahren für einen Treppensensor nach 4 ist hierzu prinzipiell gleich. Hier werden allerdings die Stände der einzelnen kapazitiven (Teil-)Sensoren untereinander verglichen. Die Differenzen zueinander ergeben dann den Füllstand.

1: Gehäuse
2: Grundplatte
3: Ständer
4: Arm
5: Nadelhalter
6: Fadengreifer
7: Schmiermittelversorgung
8: Schmiermittelvorratsbehälter
9: Schmiermittel
10: Plattenkondensator
10a: Kondensatorplatte
10b: Kondensatorplatte
14: Plattenkondensator
14a: Kondensatorplatte
14b: Kondensatorplatte
15: elektrische Feldlinie
17: Plattenkondensator
17a: Kondensatorplatte
17b–g: Kondensatorplatten
19: Multiplexer
20: A/D – Wandler
21: Temperatur-Sensor
22: Mikrocontroller
23: Bus-System

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004059194 A1 [0004]
- DE 1666538 U [0005]

Claims

Nähmaschine mit einer Antriebseinrichtung zur Generierung von Bewegungen von Nähelementen mit denen eine Nahtbildung an Nähgut erzeugbar ist, wobei die Antriebseinrichtung mit einer Schmiermittelversorgung versehen ist, deren Schmiermittelvorratsbehälter einen Schmiermittelstanddetektor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermittelstandsdetektor mit zumindest einem kapazitiven Sensor versehen ist, dessen Kapazität zumindest innerhalb eines Bereichs des möglichen Füllstands des Schmiermittels in Abhängigkeit des Füllstands variabel ist.
Nähmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermittelstandsdetektor mehrere kapazitive Sensoren aufweist.
Nähmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein kapazitiver Sensor als Plattenkondensator ausgebildet ist.
Nähmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenkondensator zumindet zwei Kondensatorplatten aufweist, die sich mit Seitenkanten der Kondensatorplatten gegenüberliegen.
Nähmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine kapazitive Sensor ohne Kontakt zum Schmiermittel im Bereich des Schmiermittelbehälters angeordnet ist.
Nähmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermittelstandsdetektor an einer Außenseite des Vorratsbehälters angeordnet ist.
Nähmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Platte des kapazitiven Sensors eine Erstreckungsrichtung parallel zur Richtung aufweist, entlang der sich der Füllstand ändert.
Nähmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen kapazitiven Sensor, der zur Ausbildung von mehreren Kondensatoren mehrere Kondensatorplatten aufweist, die in Richtung des sich verändernden Füllstands hintereinander angeordnet sind.
Nähmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung des Schmiermittelstandsdetektors, die zur Bestimmung von Informationen zum Füllstand Kalibrier- oder Referenzdaten des Schmiermittelstandsdetektors berücksichtigt.
Nähmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß temperaturabhängige Kalibrier- oder Referenzdaten berücksichtigt werden.
Nähmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Referenzdaten in einem Mikrocontroller abgespeichert und/oder abspeicherbar sind und der Mikrocontroller zur Kommunikation mit einer Steuerung der Nähmaschine ausgebildet ist.
Nähmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Bus-System über das Daten des Schmiermittelstandsdetektors oder davon abhängige Daten zu einer Nähmaschinensteuerung gelangen.
Verwendung von zumindest einem Kondensator, insbesondere eines Plattenkondensators, in einem elektrischen Schaltkreis zur Bestimmung von Informationen eines Füllstands in einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator Bestandteil einer Schaltungsanordnung einer Schmiermittelstandserkennung einer Nähmaschine ist.
Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem zumindest einen Kondensator aufgrund einer Niveauveränderung des Schmiermittels in einem Vorratsbehälter des Schmiermittels einer Veränderung der Kapazität des Kondensators stattfindet und diese Änderung vom Schaltkreis zumindest qualitativ bestimmt und darauf basierende Informationen einer Steuerung der Nähmaschine zugeführt werden.
Verfahren zur Bestimmung von Informationen zum Füllstand von Schmiermittel in einem Schmiermittelvorratsbehälter einer Nähmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß mittels zumindest einem kapazitiven Sensor oder Kondensator, dessen Kapazität zumindest innerhalb eines Bereichs des Schiermittelfüllstands in Abhängigkeit des Schmiermittelstands variabel ist, Informationen über den Füllstand ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in die Auswertung von Meßwerten des kapazitiven Sensors Informationen über die Temperaturabhängigkeit des Sensors einfließen.