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Die Erfindung betrifft eine Nähmaschine und eine Nähanlage mit einer Nähmaschine sowie ein Verfahren zum Nähen.
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Eine derartige Nähmaschine sowie eine Nähanlage ist durch offenkundige Vorbenutzung der Nähmaschinen RS 562 und Nähanlage KL 500 der Anmelderin bekannt. Zudem ist eine Nähanlage 3590 vario der Anmelderin durch offenkundige Vorbenutzung bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nähmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine verbesserte A Zugänglichkeit und/oder Verarbeitbarkeit des Nähguts, das insbesondere auf einem Nähgut-Trägerkörper bzw. einer Nähgut-Schablone aufgebracht ist, gewährleistet wird.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Nähmaschine mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Durch Verschwenken des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts in die Vorbereitungsstellung zur Aufnahme/Abgabe eines Nähgutes wird der Abstand zwischen den Stichbildungskomponenten im Nähkopf und den Stichbildungskomponenten des Gehäuse-Unterteils vergrößert, sodass die Aufnahme des Nähguts, das insbesondere auf einem Nähgut-Trägerkörper bzw. einer Nähgut-Schablone aufgebracht ist, erleichtert ist. Hierdurch wird das Risiko verringert, dass das Nähgut während des Zuführens zu den Stichbildungskomponenten bzw. beim Entfernen von den Stichbildungskomponenten beschädigt wird. Dies ist besonders bei berührungsempfindlichen Stoffen vorteilhaft. Insbesondere ist dies der Fall bei einem Nähgut bestehend aus einem Komposit umfassend mehrere Schichten, wobei eine Schicht als sogenannte Slush-Haut ausgeführt ist. Eine solche Slush-Haut kann mit einem Pulversinter-Verfahren hergestellt sein. Derartige Materialien werden vorzugsweise für Fahrzeug-Innenraumkomponenten wie zum Beispiel Armaturenbrettträger, Armlehnen, Konsolendeckel oder Türverkleidungen verwendet. In der Regel werden diese Fahrzeug-Innenraumkomponenten mit einer Ziernaht, also einer nicht einer Komponentenverbindung dienenden Naht, versehen.
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Insbesondere kann die Positionierung eines Nähgut-Trägerkörpers an schwer zugänglichen Stellen erleichtert werden, wobei gleichzeitig das Risiko einer Beschädigung des Nähgutes verringert ist.
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Vorteilhafterweise beträgt ein Winkel zwischen einer Längsachse des ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitts und einer Längsachse des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts nicht mehr als 45°, insbesondere nicht mehr als 30°, insbesondere nicht mehr als 15°.
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Das Gelenk zwischen dem ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitt und dem kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitt bildet einen Übergangsbereich vom ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitt zum kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitt.
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Eine Teleskop-Gelenkarmwelle nach Anspruch 2 stellt eine vorteilhafte und kostengünstige Ausführungsform der Nähmaschine bereit. Bevorzugt ist die Teleskop-Gelenkarmwelle als Kardanwelle ausgeführt, sodass eine Wirkverbindung zu den Stichbildungskomponenten im Gehäuse-Oberteil auch in der Vorbereitungsstellung erhalten bleibt.
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Die Teleskop-Gelenkarmwelle nach Anspruch 3 ist konstruktiv vorteilhaft. Vorteilhafterweise dient das Teleskopelement zum Ausgleich von Längenänderungen infolge der Schwenkbewegung des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts von der Nähstellung in die Vorbereitungsstellung und umgekehrt. Bevorzugt ist das Teleskopelement drehfest mit dem kopfseitigen und dem ständerseitigen Armwellen-Gelenk verbunden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das ständerseitige und/oder das kopfseitige Armwellen-Gelenk als Kreuzgelenk ausgeführt.
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Mit einem Schwenkantrieb nach Anspruch 4 ist sichergestellt, dass die Schwenkbewegung präzise ausgeführt wird. Vorteilhafterweise ist der Schwenkantrieb aktorisch oder motorisch ausgeführt. Insbesondere ist der Schwenkantrieb ein Pneumatik-, Hydraulik- oder Elektrozylinder.
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Der Schwenkantrieb nach Anspruch 5, ausgeführt als Pneumatikzylinder, ist konstruktiv besonders günstig. Vorteilhafterweise ist der Pneumatikzylinder als beidseitig druckluftbeaufschlagbarer Pneumatikzylinder, auch doppelwirkender Pneumatikzylinder genannt, ausgeführt.
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Mit einer Verriegelungseinheit nach Anspruch 6 ist sichergestellt, dass der kopfseitige Arm-Gehäuseabschnitt während des Nähens in Nähstellung bleibt. Vorteilhafterweise erfolgt eine zusätzliche Sicherung des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts durch Vorspannung des Schwenkantriebes in der Nähstellung.
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Mit der Verriegelungseinheit nach Anspruch 7 wird eine konstruktiv vorteilhafte und kostengünstige Ausführungsform bereitgestellt.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Nähanlage zum Nähen von mehrdimensional im Raum liegenden Nähten mit einer verbesserten Zugänglichkeit und/oder Verarbeitbarkeit des Nähgutsbereitzustellen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Nähanlage mit den im Anspruch 8 angegebenen Merkmalen.
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Vorteilhafterweise ist die Nähanlage als Roboter-Nähanlage ausgeführt. Zu dieser gehört vorzugsweise ein Roboter-Arm, mit dem die Nähmaschine beliebig gesteuert in fünf oder sechs Freiheitsgraden im Raum orientiert werden kann. Bei dieser Ausführungsform kann das Nähgut stationär an einer Halterung befestigt sein.
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In einer vorteilhaften alternativen Ausführungsform ist der Roboter-Arm am Nähgut-Trägerkörper angeordnet, sodass das Nähgut beliebig gesteuert in fünf oder sechs Freiheitsgraden im Raum orientiert werden kann. Bei dieser Ausführungsform kann die Nähmaschine stationär befestigt sein.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Nähanlage zum Nähen von multidirektionalen in einer Ebene liegenden Nähten mit einer verbesserten Zugänglichkeit und/oder Verarbeitbarkeit des Nähguts bereitzustellen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Nähanlage mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen.
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Insbesondere ist die Nähanlage als CNC-Nähanlage ausgeführt.
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Vorteilhafterweise ist die Nähanlage als programmierbarer Großfeld-Nähautomat ausgeführt. Bei dieser Ausführungsform befindet sich das Nähgut in einer Nähgut-Schablone. Die Nähgutschablone wird entsprechend der zu bildenden Naht auf einem Nähtisch verschoben.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Nähen von mehrdimensional im Raum liegenden Nähten oder von multidirektional in einer Ebene liegenden Nähten bereitzustellen, bei dem die Zugänglichkeit des Nähguts verbessert ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 10 angegebenen Merkmalen.
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In Vorbereitungsstellung ist der Abstand zu den Stichbildungskomponenten im Gehäuse-Oberteil und im Gehäuse-Unterteil vergrößert, sodass das Risiko einer Beschädigung des Nähguts verringert ist. Diese ist besonders bei berührungsempfindlichen Stoffen vorteilhaft. Bei der Aufnahmestellung zur Aufnahme des zu nähenden Nähgutes sowie bei der Abgabestellung zur Abgabe des genähten Nähgutes kann es sich um die vorstehend im Zusammenhang mit der Nähmaschine bereits erläuterte Vorbereitungsstellung handeln.
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Bei einem Verfahren nach Anspruch 11 wird sichergestellt, dass das Nähen störungsfrei erfolgen kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 eine innere Details preisgebende Seitenansicht einer Nähmaschine einer Nähanlage zum Nähen von mehrdimensional im Raum liegenden Nähten in Nähstellung;
- 2 vergrößert einen kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitt und teilweise einen ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitt der Nähmaschine nach 1;
- 3 eine weitere innere Details preisgebende Seitenansicht einer Nähmaschine einer Nähanlage zum Nähen von mehrdimensional im Raum liegenden Nähten in Vorbereitungsstellung;
- 4. vergrößert eine Darstellung des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts und teilweise des ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitts der Nähmaschine in Vorbereitungsstellung nach 3;
- 5 eine wiederum vergrößerte, innere Details preisgebende Ansicht des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts im entriegelten Zustand der Nähmaschine nach 1; und
- 6 eine Ansicht des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts nach 5 im verriegelten Zustand.
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Die 1 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine Nähanlage mit einer Nähmaschine 1, die in einer nicht dargestellten Roboter-Nähanlage verwendet wird. Die Nähmaschine 1 ist in anderen Nähanlagen wie zum Beispiel einem Großfeld-Nähautomat, insbesondere einer CNC-Nähanlage, zum Nähen von multidirektionalen in einer Ebene liegenden Nähten einsetzbar.
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Die in den 1 bis 6 im Detail dargestellte Nähmaschine 1 für die Roboter-Nähanlage dient zum Nähen von im Raum liegenden Nähten, insbesondere von nicht eben dreidimensional im Raum liegenden Nähten. Ein Anwendungsbeispiel für die Nähanlage ist das Anbringen von Ziernahtapplikationen im Innenraum von Fahrzeugen, beispielsweise an Instrumententafeln, Türverkleidungen oder Armauflagen. Bevorzugt bestehen diese Fahrzeug-Innenraumkomponenten aus sogenannten Slush-Häuten, die mit einem Pulversinter-Verfahren hergestellt sind. Zur Roboter-Nähanlage gehört ein nicht dargestellter Roboter-Arm, mit dem die Nähmaschine 1 beliebig gesteuert in fünf oder sechs Freiheitsgraden im Raum orientiert werden kann.
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Zur Erleichterung von Lagebeziehungen ist in den Figuren jeweils ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben. Die x-Achse steht senkrecht auf der Zeichenebene der 1 und läuft in diese hinein. Die y-Richtung verläuft in der 1 nach links und die z-Richtung verläuft in der 1 nach oben.
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Die Nähmaschine in 1 befindet sich in Nähstellung zum Nähen von mehrdimensional im Raum liegenden Nähten. Die Nähmaschine 1 mit einem Nähmaschinengehäuse 2 weist einen C-förmigen Grundaufbau mit einem Gehäuse-Unterteil 3, einem Gehäuse-Oberteil 4 und einem das Gehäuse-Unterteil 3 und das Gehäuse-Oberteil 4 verbindenden Ständer 5 auf.
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Das Gehäuse-Unterteil 3 und das Gehäuse-Oberteil 4 verlaufen längs der y-Richtung. Der Ständer 5 verläuft längs der z-Richtung.
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Das Gehäuse-Oberteil 4 mit einem Nähkopf 6 ist längs der y-Richtung in einen ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 7 und einen kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 8 unterteilt. Im kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 8 sind Stichbildungskomponenten wie zum Beispiel eine Nadelstange 9 und hieran angebrachte, angedeutete Nähnadeln 10 vorgesehen. Zudem ist eine an sich bekannte Stichlängen-Stellvorrichtung 11 und eine an sich bekannte Nadeltransport-Vorrichtung 12 im kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 8 vorgesehen.
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Als weitere Stichbildungskomponente dient ein Greifer 13, der an einem Greifer-Unterteil 14 synchron mit der Nähnadel 10 zur Stichbildung angetrieben ist. Der Greifer 13 wird im Wesentlichen von einer Stichplatte 39 verdeckt. Das Greifer-Unterteil 14 bildet längs der z-Achse eine Säule der Nähmaschine 1. Das Greifer-Unterteil 14 ist am kopfseitigen Ende des Gehäuse-Unterteils 3 angeordnet. Sowohl im Greifer-Unterteil 14 als auch im Gehäuse-Unterteil 3 sind nicht dargestellte Greifer-Antriebskomponenten vorgesehen. Zudem weist das Greifer-Unterteil 14 zwei Hebel 40 auf. Letztere dienen zur Übertragung einer Bewegung an einem nicht näher dargestellten Greifer-Gelenk.
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Aufgrund der Säulengestaltung des Greifer-Unterteils 14 ist ein Stichbildungsbereich, in dem die Naht mit der Nähmaschine 1 erzeugt wird, von allen Seiten her frei zugänglich.
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Über einen nicht dargestellten Antriebsmotor mit einer Antriebswelle wird eine Drehbewegung erzeugt, sodass die Stichbildungskomponenten, also die Nadelstange 9 mit der Nadel 10 und der Greifer 13, in bekannter Weise angetrieben werden. Über einen Zahnriemen 15 wird die Drehbewegung auf eine Teleskop-Gelenkarmwelle 16 im Gehäuse-Oberteil 4 und auf eine Unterarmwelle 17 im Gehäuse-Unterteil 3 übertragen. Die Unterarmwelle 17 steht mit weiteren Greifer-Antriebskomponenten in Wirkverbindung mit dem Greifer 13. Hierzu kämmt der Zahnriemen 15 ein Teleskop-Oberarmwellenzahnrad 18 und ein Unterarmwellenzahnrad 19.
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Die Teleskop-Gelenkarmwelle 16 erstreckt sich längs der y-Richtung im Gehäuse-Oberteil 4 und weist ein ständerseitiges Armwellen-Gelenk 20, ein kopfseitiges Armwellen-Gelenk 21 und ein zwischen diesen angeordnetes Teleskopelement 22 auf. Letzteres ist als drehfeste Verbindung ausgeführt, sodass eine Übertragung der Drehbewegung der Teleskop-Gelenkarmwelle 16 auf die Stichbildungskomponenten, insbesondere der Stichlängen-Stellvorrichtung 11 gewährleistet ist. Das ständerseitige und das kopfseitige Armwellen-Gelenk 20, 21 ist als Kreuzgelenk, auch Kardangelenk genannt, ausgeführt. Mit anderen Worten ist die Teleskop-Gelenkarmwelle 16 als Präzisionsgelenkwelle, die auch als Kardanwelle bezeichnet werden kann, ausgeführt. Hierdurch ist eine DrehmomentÜbertragung mit einem geknickten Wellenstrang möglich.
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Im Übergangsbereich vom ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 7 und dem kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 8 ist ein Gelenk 23 angeordnet. Das Gelenk 23 weist eine Gelenkachse 24 auf, die sich längs der x-Richtung erstreckt (6). Das Gelenk 23 ist an einer oberen Gehäusewand 25 des Gehäuse-Oberteils 4 im Bereich des ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitts 7 angebracht und über eine Gelenkbrücke 26 mit dem kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 8 verbunden.
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Über einen Schwenkantrieb 27 wird der kopfseitige Arm-Gehäuseabschnitt 8 um die Gelenkachse 24 von der Nähstellung in eine Vorbereitungsstellung zur Aufnahme/Abgabe eines Nähgutes geschwenkt (3 und 4). Der Schwenkantrieb 27 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Pneumatikzylinder ausgeführt.
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In Vorbereitungsstellung wird das Nähgut, das auf einem Nähgut-Trägerkörper bzw. einer Nähgut-Schablone aufgebracht ist, je nach Verfahrensstadium gegenüber den Stichbildungskomponenten positioniert bzw. entfernt. Somit ist die Vorbereitungsstellung je nach Verfahrensstadium als eine Aufnahmestellung oder als eine Abgabestellung zu verstehen.
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In Vorbereitungsstellung wird ein Abstand 28 von Stichbildungskomponenten, insbesondere der Nähnadel 10, des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts 8 zu den Stichbildungskomponenten, insbesondere dem Greifer 13 bzw. der Stichplatte 39, des Gehäuse-Unterteils 3 in y- und z-Richtung vergrößert (3). Hierdurch wird die Aufnahme bzw. Abgabe des Nähguts erleichtert, welches insbesondere auf einem Nähgut-Trägerkörper bzw. einer Nähgut-Schablone aufgebracht ist.
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Der Schwenkantrieb 27 weist ein ständerseitiges Radiallager 29 und ein kopfseitiges Radiallager 30 auf, wobei das ständerseitige Radiallager 29 im ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 7 und das kopfseitige Radiallager 30 im kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 8 vorgesehen ist. Das ständerseitige und das kopfseitige Radiallager 29, 30 sind durch einen teilweise dargestellten Arbeitszylinder 31 verbunden (vgl. 3). Die Schwenkbewegung von der Nähstellung in die Vorbereitungsstellung wird durch den Schwenkantrieb 27 derart ausgeführt, dass der Arbeitszylinder 31 in eine Endlage ausgefahren wird. Infolge der Schwenkbewegung wird das kopfseitige Radiallager 30 in y- und in z-Richtung verschoben.
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Während der Schwenkbewegung von der Nähstellung in die Vorbereitungsstellung wird der kopfseitige Arm-Gehäuseabschnitt 8 gegenüber dem ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 7 bis zu 40° verschwenkt. Hierdurch entsteht ein dreiecksförmiger Raum 32, wobei die Verbindung zwischen der Teleskop-Gelenkarmwelle 16 und der Stichlängen-Stellvorrichtung 11 im kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 8 erhalten bleibt. Dies wird dadurch erreicht, dass das Teleskopelement 22 von einer eingefahrenen Stellung in eine ausgefahrene Stellung überführt wird. In dieser Stellung ist das kopfseitige Armwellen-Gelenk 21 in y-Richtung verschoben. Gleichzeitig ist ein Teilabschnitt der Teleskop-Gelenkarmwelle 16, welcher mit der Stichlängen-Stellvorrichtung 11 in Wirkverbindung steht, angewinkelt.
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Der entstandene dreiecksförmige Raum 32 wird durch eine angedeutete Abdeckung 33 abgedeckt. Hierdurch wird ein Eindringen von Staub verhindert. Zudem wird eine durch den dreiecksförmigen Raum 32 gebildete Gefahrenstelle für die zumindest bereichsweise freiliegenden Komponenten, insbesondere der Teleskop-Gelenkarmwelle 16, minimiert bzw. eliminiert.
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Eine Schwenkbewegung des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts 8 von der Vorbereitungsstellung in die Nähstellung wird von dem Schwenkantrieb 27 derart ausgeführt, dass der Arbeitszylinder 31 bis zum Erreichen von Anschlägen 34 eingefahren wird. Entsprechend wird der Raum 32 geschlossen und der Abstand 28 verringert. Der kopfseitige Arm-Gehäuseabschnitt 8 ist in Nähstellung.
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Zum Sichern des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts 8 in Nähstellung während des Nähens ist eine Verriegelungseinheit 35 vorgesehen (5 und 6). Diese umfasst einen Zapfen 36 und ein Schließteil 37, wobei der Zapfen 36 im ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 7 angeordnet ist und das Schließteil 37 im kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 8 befestigt ist und in Nähstellung in den ständerseitigen Arm-Gehäuseabschnitt 7 hineinragt (6). Mit einem Pneumatikzylinder 38 wird der Zapfen 36 zum Verriegeln ins Schließteil 37 gefahren bzw. zum Entriegeln wird der Zapfen 36 aus dem Schließteil 37 gefahren. Zum zusätzlichen Sichern des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts 8 in Nähstellung während des Nähens wird der Arbeitszylinder 31 mit Druck beaufschlagt.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zum Nähen von mehrdimensional im Raum liegenden Nähten näher beschrieben. Hierzu sei angemerkt, dass das Verfahren unabhängig von der Nähanlage ähnlich ist.
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Zunächst befindet sich der kopfseitige Arm-Gehäuseabschnitt 8 in Nähstellung und ist entriegelt (1, 3 und 5). Zur Aufnahme eines zu nähenden Nähguts, das insbesondere auf einem Nähgut-Trägerkörper aufgebracht ist, wird der kopfseitige Arm-Gehäuseabschnitt 8 in eine Aufnahmestellung verschwenkt. Unter der Aufnahmestellung ist hier die oben beschriebene Vorbereitungsstellung zu verstehen. Demnach erfolgt die Verschwenkung des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts 8 durch Ausfahren des Arbeitszylinders 31 des Schwenkantriebs 27 in die Endlage. Hierdurch entsteht der Abstand 28, sodass das zu nähende Nähgut zu dem Greifer 13 und dem Greifer-Unterteil 14 ausgerichtet werden kann.
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Ist das zu nähende Nähgut ausgerichtet, erfolgt ein Verschwenken des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts 8 von der Aufnahmestellung in die Nähstellung. Dies wird durch ein Fahren des Arbeitszylinders 31 des Schwenkantriebs 27 bis zu den Anschlägen 34 erreicht.
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In der Stellung erfolgt eine Zuhaltung des kopfseitigen Arm-Gehäuseabschnitts 8 durch Druckbeaufschlagung des Arbeitszylinders 31. Zusätzlich wird vor Start des Nähens der kopfseitige Arm-Gehäuseabschnitt 8 mit der Verriegelungseinheit 35 verriegelt. Hierzu fährt der Zapfen 36 mittels des Pneumatikzylinders 38 in das Schließteil 37 ein.
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Anschließend erfolgt ein Nähen mindestens einer Naht. Die Naht selbst kann als Doppel-Steppstich, Einfach-Steppstich oder Doppel-Kettenstich ausgeführt sein. Je nach Nähanlage erfolgt ein Nähen mindestens einer mehrdimensional im Raum liegenden Naht oder mindestens einer multidirektional in einer Ebene liegenden Naht.
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Nach Abschluss des Nähens wird der kopfseitige Arm-Gehäuseabschnitt 8 entriegelt. Hierzu fährt der Zapfen 36 mittels des Pneumatikzylinders 38 aus dem Schließteil 37 heraus.
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Danach wird der Arbeitszylinder 31 wieder in die Endlage ausgefahren, sodass der kopfseitige Arm-Gehäuseabschnitt 8 in die Abgabestellung verschwenkt wird. Unter der Abgabestellung ist hier die oben beschriebene Vorbereitungsstellung zu verstehen. Entsprechend ist hier wieder der Abstand 28 zwischen der Nähnadel 10 und dem Greifer 13 vergrößert, sodass das genähte Nähgut entnommen werden kann.
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Je nach Anwendung kann nun ein neues zu nähendes Nähgut positioniert werden.
