DE2918394A1

DE2918394A1 - SEWING MACHINE WITH HOUSING AND GEAR DRIVE

Info

Publication number: DE2918394A1
Application number: DE19792918394
Authority: DE
Inventors: Chandrakant Bhatia
Original assignee: Union Special Corp
Current assignee: Union Special Corp
Priority date: 1978-05-09
Filing date: 1979-05-08
Publication date: 1979-11-15
Also published as: IT7967969A0; IT1118611B; JPS54148648A; GB2020323B; CA1110118A; DE2918394C2; GB2020323A; FR2434227A1

Description

□ R.-ING. O1PL.-ING. M. SC. Dl"l .-P"YS. DR. OIPL.-PHYS. DIPC-PHYS. DH. □ R.-ING. O1PL.-ING. M. SC. Dl "l. -P" YS. DR. OIPL.-PHYS. DIPC-PHYS. DH.

HÖQER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER BOEHMFHÖQER - LEGAL RIGHTS - GRIESSBACH - HAECKER BOEHMF

PATENTANWALT t IN SI U T FGAflT 29 1 8 3 3 APATENT Attorney t IN SI U T FGAflT 29 1 8 3 3 A

A 43 330 m Anmelder: Union Special CorporationA 43 330 m Applicant: Union Special Corporation

m — 168 400 North Franklin Streetm - 168 400 North Franklin Street

20. April 1979 Chicago, Illinois 6O61OApril 20, 1979 Chicago, Illinois 6O61O

. U.S.A.. UNITED STATES.

Beschreibungdescription

Nähmaschine mit Gehäuse und KardangetriebeSewing machine with housing and cardan drive

Die Erfindung betrifft eine Nähmaschine mit Gehäuse und Kardangetriebe zur Umwandlung der Drehbewegung einer freitragend gelagerten Antriebswelle in eine geradlinige Bewegung eines Werkzeuges, insbesondere einer Nadel.The invention relates to a sewing machine with a housing and cardan drive for converting the rotary motion of a cantilevered drive shaft into a linear motion a tool, in particular a needle.

Bei einer solchen Maschine besteht der Kern der Erfindung in einem Kardangetriebe, welches ein Ritzelgetriebe derart freitragend trägt, daß ein mit dem Ritzelgetriebe verbundenes Werkzeug entlang seiner Hauptachse hin- und herbewegbar ist. Das Ritzelgetriebe wird mit Bezug auf Lastvektoren und allgemein bezüglich Drehmomenten ausgewuchtet. Die Hauptantriebswelle des Kardangetriebes wird sowohl mit Bezug auf Lastvektoren als auch Momente ausgewuchtet.In such a machine, the essence of the invention consists in a cardan gear, which supports a pinion gear in such a cantilevered manner that one connected to the pinion gear Tool is reciprocable along its main axis. The pinion gear is made with reference to load vectors and generally balanced with regard to torques. The main drive shaft of the cardan transmission is referring to both Load vectors as well as moments balanced.

Die Erfindung hat es des weiteren mit einem Verfahren zum Auswuchten eines Kardangetriebes bei einer gattungsgemäßen Nähmaschine zu tun. Dabei werden insbesondere bestimmte Elemente des Kardangetriebes in Gruppen zusammengefaßt und kräftemäßig ausgewuchtet.The invention also relates to a method for To do balancing a cardan drive in a generic sewing machine. In particular, certain Elements of the cardan drive combined in groups and balanced in terms of force.

Es ist in erster Linie Aufgabe der Erfindung, eine Nähmaschine der eingangs angegebenen Art vorzuschlagen, deren Kardangetriebe in einfacher Weise ausgewuchtet ist. Dabei soll auch ein Verfahren angegeben werden, mit dessen Hilfe dieseIt is primarily the object of the invention to propose a sewing machine of the type specified at the outset, whose cardan drive is balanced in a simple manner. A method should also be specified with the help of which this

909846/0820909846/0820

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m - 168 -7 -m - 168 -7 -

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Auswuchtung vollzogen werden kann.Balancing can be accomplished.

Zur Lösung dieser Aufgabe umfaßt das Kardangetriebe einer gattungsgemäßen Nähmaschine folgende Merkmale: ein Hauptlager für die Antriebswelle; ein in Lagern auf der Antriebswelle gelagertes Ritzelgetriebe mit freitragender Ritzelwelle und einem mit einem ortsfesten Innenzahnkranz kämmenden, an der Ritzelwelle drehfest gehaltenen Ritzel;To solve this problem, the cardan drive of a generic sewing machine includes the following features: a main bearing for the drive shaft; a pinion gear mounted in bearings on the drive shaft with a cantilevered pinion shaft and one that meshes with a stationary internal gear rim and is non-rotatable on the pinion shaft held pinion;

kraftübertragende Verbindungsmittel zwischen Ritzelwelle und Werkzeug;power-transmitting connection means between pinion shaft and tool;

erste Auswuchtmittel zur übertragung von Kräften auf die Ritzelwelle derart, daß der Massenmittelpunkt aller von den Lagern abgestützten Getriebeteile auf der Mittellinie der Ritzelwelle liegt, undfirst balancing means to transfer forces to the Pinion shaft such that the center of mass of all gear parts supported by the bearings on the center line of the Pinion shaft lies, and

zweite Auswuchtmittel zur übertragung von Kräften auf die Antriebswelle derart, daß das Hauptlager im wesentlichen frei von Momenten- und Lastvektoren ist.second balancing means for transferring forces to the Drive shaft in such a way that the main bearing is essentially free of torque and load vectors.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Auswuchten eines Kardangetriebes der vorgenannten Art zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus:A method according to the invention for balancing a cardan drive of the aforementioned type is characterized by the following process steps:

die Lager und die in ihnen gelagerte Ritzelwelle mit sämtlichen daran befestigten Teilen einerseits und das Kardangetriebe andererseits werden als voneinander unabhängig auszuwuchtende Einheiten behandelt;the bearings and the pinion shaft mounted in them with all parts attached to them on the one hand and the cardan drive on the other hand, they are treated as units to be balanced independently of one another;

die Ritzelwelle und sämtliche daran befestigten Teile werden derart ausgewuchtet, daß die Lager der Ritzelwelle einem Moment und einem im wesentlichen gleich Null betragenden Lastvektor unterworfen sind;the pinion shaft and all parts attached to it are balanced in such a way that the bearings of the pinion shaft are subjected to a moment and a substantially zero load vector;

die Lager und die Ritzelwelle mit sämtlichen daran befestigten Teilen werden relativ zum Kardangetriebe in Stellungthe bearings and the pinion shaft with all parts attached thereto are in position relative to the cardan drive

909846/0820 „909846/0820 "

m - 168 - 8 -m - 168 - 8 -

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gebracht;brought;

die Antriebswelle des Kardangetriebes wird in Umlauf versetzt und der auf das Hauptlager einwirkende, konstante Last- und Momentenvektor wird bestimmt und an der Antriebswelle wird wenigstens eine Auswuchtmasse derart befestigt, daß das Hauptlager im wesentlichen einem Null betragenden Lastvektor und einem Moment gleich Null unterworfen ist.the drive shaft of the cardan drive is set in rotation and the constant one acting on the main bearing Load and moment vector is determined and at least one balancing mass is placed on the drive shaft mounted so that the main bearing has substantially zero load vector and zero moment is subject.

Zahlreiche, bei hohen Geschwindigkeiten hin- und hergehende . Maschinen , beispielsweise Industrienähmaschinen, Kompressoren, Fahrzeugmotoren, kraftgetriebene Werkzeuge u. dgl. weisen Mechanismen zur Übersetzung einer drehenden Eingangs- in eine linear hin- und hergehende Ausgangsbewegung auf. So haben beispielsweise viele Industrienähmaschinen auf dem Gleitkurbelprinzip basierende Einrichtungen , mit deren Hilfe die Drehbewegung einer Welle in eine linear hin- und hergehende Bewegung umgewandelt wird, um eine Nadelstange synchron mit anderen Mechanismen der Maschine auf- und abzubewegen. Die bekannten Gleitkurbelmechanismen besitzen bei hohen Kurbelgeschwindigkeiten große unausgewuchtete Trägheitskräfte und Momente. Dies führt zu extrem starken Vibrationen, zu erheblichem Geräusch und starker Abnutzung des Kurbelmechanismus und zugeordneter Teile. Daneben ist aufgrund praktischer Beschränkungen der Größe der Gleitkurbel der lineare Ausgang eines solchen hin- und hergehenden Mechanismus nicht harmonisch, was zu einer Reihe von Nachteilen bei der zeitlichen Abstimmung der Nadelstangenbewegung mit anderen fadentragenden Mechanismen führen kann, und zwar insbesondere bei Kettenstichmaschinen, bei denen eine streng harmonische Bewegung angestrebt wird. Die starken Vibrationen und Stöße des Gleitkurbelmechanismus er-Numerous, reciprocating at high speeds. Machines, e.g. industrial sewing machines, Compressors, vehicle engines, power tools and the like have mechanisms for translating a rotating Input into a linear reciprocating output movement. For example, many have industrial sewing machines Devices based on the sliding crank principle, with the help of which the rotary motion of a shaft is converted into a linear reciprocating motion is converted to a needle bar in sync with other mechanisms of the machine move up and down. The known slide crank mechanisms have large imbalances at high crank speeds Inertial Forces and Moments. This leads to extremely strong vibrations, significant noise and strong Wear on the crank mechanism and associated parts. In addition, due to practical restrictions on the size of the Sliding crank the linear output of such a reciprocating mechanism is not harmonious, resulting in a number lead to disadvantages in the timing of the needle bar movement with other thread-carrying mechanisms can, especially in chain stitch machines where a strictly harmonious movement is sought. the strong vibrations and shocks of the slide crank mechanism

9098A6/0820 _₉_9098A6 / 0820 _ ₉ _

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fordert schließlich schwere Gußmassen von erheblicher Steifheit , um zu einer Dämpfung der Vibrationen bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten beizutragen.finally requires heavy casting compounds of considerable rigidity to help dampen vibrations at high working speeds.

Andere bekannte Einrichtungen zur Erzielung einer ausgewuchteten, harmonischen, Drehbewegung hoher Geschwindigkeit und deren Umwandlung in eine linear hin- und hergehende Bewegung umfassen kurbelgetriebene Schwinghebel und Schwingwellen. Diese Einrichtungen bestehen jedoch aus Mischsystemen mit Gelenken, Treibriemen und Verbindungsgestängen, die seit langem eine Quelle starker Geräusche, Vibrationen, Abnutzungen und eines Überhubs in diesen Mechanismen bilden. Außerdem wurden in der Absicht, eine Verbiegung des Hebels oder der Schwingwelle minimal zu halten, der Größe dieser Teile Beschränkungen auferlegt, was wiederum zu einer Beschränkung der Gesamtlänge der Maschine führte. Wegen des Vorhandenseins einer Hauptantriebswelle anstatt einer Drehwelle sind zusätzliche Antriebe am vorderen Ende der Maschine erforderlich, die durch sehr lange Gegenwellen angetrieben werden müssen, die sich über die ganze Länge der Maschine hinweg erstrecken.Other known devices for achieving balanced, harmonic, high speed and rotational motion converting them to linear reciprocating motion include crank-driven rocker arms and rocker shafts. However, these facilities consist of mixed systems with joints, drive belts and connecting rods that have long been used form a source of loud noise, vibration, wear and tear and overstroke in these mechanisms. aside from that In order to minimize lever or rocker shaft deflection, size restrictions were placed on these parts imposed, which in turn led to a limitation in the overall length of the machine. Because of the presence a main drive shaft instead of a rotary shaft, additional drives are required at the front end of the machine, which have to be driven by very long countershafts that extend the entire length of the machine.

Epizyklische Einrichtungen mit Innenzahnkränzen, insbesondere Kardangetriebe sind ebenfalls an sich als Mittel bekannt, um eine Dreh- in eine lineare, harmonische Bewegung umzuwandeln. Es wurden bereits mehrere Versuche unternommen, um Kardangetriebe in Nähmaschinen zu integrieren, vgl. beispielsweise DE-PS 750 196, US-PS 2 667 135 und US-PS 3 318 274. Die praktische Anwendung dieser Vorrichtungen war jedoch durch die Unmöglichkeit beschränkt, die während des Betriebs entstehenden Lastvektoren und Momente auszuwuchten, so daß sich unerwünschte Effekte bezüglich Lebensdauer, Geräusch und Vibration des Mechanismus ergaben.Epicyclic devices with internal gear rings, in particular cardan drives, are also known per se as means to convert a rotary movement into a linear, harmonic movement. Several attempts have been made to To integrate cardan drives in sewing machines, see for example DE-PS 750 196, US-PS 2,667,135 and US-PS 3,318,274. The practical application of these devices, however, has been limited by the impossibility encountered during operation to balance the load vectors and moments that arise, so that there are undesirable effects in terms of service life and noise and vibration of the mechanism.

9846/082 0 __1Q_9846/082 0 _ _1Q _

m - 168 - 10 -m - 168 - 10 -

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Das Auswuchten von Lastvektoren und Momenten bei Kardangetrieben in Nähmaschinen ist deshalb besonders schwierig, weil räumliche und andere Arbeitsbeschränkungen es erforderlich machen, daß der Antrieb freitragend von einem Hauptlager ausgeht und also nicht an beiden Enden abgestützt werden kann. Die Unmöglichkeit, diese Lastvektoren zu beseitigen oder auszuwuchten, resultiert in ziemlich starken Beanspruchungen der verschiedenen, in der Vorrichtung verwendeten Lager. Dies gilt insbesondere für diejenige Lagergarnitur des Kardangetriebes , welche der Lagerung der mit dem Werkzeug verbundenen Welle dient und mit der doppelten Geschwindigkeit gegenüber derjenigen Geschwindigkeit umläuft, mit der sich die Hauptlagergarnitur der Kardanantriebswelle dreht. Somit rotiert in einer Nähmaschine mit Kardangetriebe, die bei 8000 ü/Min arbeitet, die oben erwähnte Lagergarnitur mit 16 000 U/Min.The balancing of load vectors and moments in cardan drives in sewing machines is particularly difficult because Spatial and other work restrictions make it necessary that the drive is cantilevered from a main bearing and so cannot be supported at both ends. The impossibility of eliminating these load vectors or balancing results in rather heavy stresses on the various bearings used in the device. this applies in particular to that bearing set of the cardan drive which is used for the storage of the parts connected to the tool Wave serves and rotates at twice the speed of the speed at which the Main bearing assembly of the cardan drive shaft rotates. Thus, in a sewing machine with a cardan drive, the 8000 rpm works, the bearing set mentioned above with 16,000 rpm.

Diese Probleme wurden bereits in der vorgenannten US-PS 3 318 274 erkannt, in welcher Auswuchtgewichte für zwei Kraftvektoren Anwendung finden. Das einfache Zufügen von Auswuchtmitteln zu dem System reicht jedoch nicht aus, um befriedigende Resultate zu erzielen. Bisher führte der Versuch, Kraftvektoren im System auszuwuchten und zum Verschwinden zu bringen, dazu, daß diese Vektoren zu einer anderen Stelle hin verschoben wurden und/oder an besonderen Punkten unerwünschte Momente gebildet wurden. Es ist in der Lagerindustrie bekannt, daß es günstig ist, ein Lager der kleinsten, konstanten Radialbelastung zu unterwerfen. Eine andere, akzeptable Technik besteht darin, das Lager einer konstanten Last zu unterwerfen, so daß eine Welle oder ein anderes, in kontinuierlich stationärer Weise sich bewegendes Teil von einem Element des Lagers zum nächsten im allgemeinen jeweils die gleicheThese problems have already been recognized in the aforementioned US Pat. No. 3,318,274, in which balance weights for two force vectors Find application. However, simply adding balancing agents to the system is not enough to produce satisfactory Achieve results. So far, the attempt to balance force vectors in the system has led to their disappearance to cause these vectors to be shifted to another location and / or undesired at particular points Moments were formed. It is known in the bearing industry that it is cheap to have a bearing of the smallest, constant Subject to radial loading. Another acceptable technique is to keep the bearing under a constant load subject, so that a shaft or other, in a continuously stationary manner moving part of an element of the camp to the next generally the same in each case

9098A6/0820 __u_ 9098A6 / 0820 _ _u _

Λ 43 330 _n 291839ΑΛ 43 330 _n 291839Α

m - 168 - 11 -m - 168 - 11 -

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Kraft auf jedes Element ausübt. Dies bedeutet in einer stationären, schrittweisen Bewegung von einer Reihe von Rollen etc. kein zufälliges oder willkürliches Springen oder Ausüben verschiedener Lasten auf verschiedene Elemente. Ein willkürliches Springen ist die am wenigsten erwünschte Situation, da das Lager periodisch Kraftvektoren aus verschiedenen Winkeln und von verschiedenen Größen unterworfen wird, was die Elemente veranlaßt, aneinander anzuprallen. Das Ergebnis schlägt sich in Geräusch, Vibrationen und kurzer Lebensdauer nieder. Derartige Verhältnisse sind im Hinblick auf Nähmaschinengeschwindigkeiten und die hieran gestellten Anforderungen unerträglich.Exerts force on each element. This means in a stationary, step-wise movement from a series of roles etc. no accidental or arbitrary jumping or exercising different loads on different elements. Arbitrary jumping is the least desirable situation since the bearing is periodically subjected to force vectors from different angles and of different sizes, which causes the elements to collide with each other. The result is noise, vibration and a short service life low. Such ratios are with regard to sewing machine speeds and those set here Requirements unbearable.

Das Problem, zu einer ordnungsgemäßen Auswuchtung und einer konstanten Radialbelastung zu gelangen, wird noch offensichtlicher, wenn die freitragende Anordnung des Kardansystems in Betracht gezogen wird. Grundsätzlich wird ein Werkzeug über einen hin- und hergehenden Zyklus am Ende einer ersten freitragenden Welle angetrieben. Die erste Welle rotiert selbst um ihre eigene Hauptachse oder Mittellinie. Daneben werden sowohl das Werkzeug und die erste Welle von einer zweiten, freitragenden Welle getragen und um deren Hauptachse oder Mittellinie herum in Rotation versetzt mit dem Ergebnis, daß die zweite Welle eine Drehbewegung in das System induziert, die zu der hin- und hergehenden Bewegung des Werkzeuges führt. Somit unterliegen die Lagergarnitüren beider Wellen, falls keine Auswuchtung stattfindet, sowohl Dreh- als auch hin- und hergehenden Kräften sowie Momenten. Die Momenten- und Kraftvektoren aus verschiedenen Winkeln und von verschiedener Größe würden das System ohne Auswuchtung unbrauchbar machen. Es sei noch einmal betont, daß diese Probleme weitgehend auf die freitragende Anordnung des Kardangetriebes zurückgehen.The problem of getting proper balance and constant radial loading becomes even more apparent when when the cantilevered arrangement of the gimbal system is taken into account. Basically it becomes a tool Driven by a reciprocating cycle at the end of a first cantilever shaft. The first shaft rotates even around their own major axis or center line. In addition, both the tool and the first shaft are driven by a second, cantilevered shaft and rotated about its major axis or center line with the result that the second shaft induces a rotary motion in the system which results in the reciprocating motion of the tool. Thus, the bearing sets are subject to both waves, if no balancing takes place, both torsional and reciprocating forces and moments. The moments and Force vectors from different angles and of different sizes would make the system unusable without balancing. It should be emphasized once again that these problems are largely due to the cantilevered arrangement of the cardan drive.

809846/0 8 ? Q809846/0 8? Q

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A 43 330 m 29 Ί 839 AA 43 330 m 29 Ί 839 A

m - 168 - 12 -m - 168 - 12 -

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Eine Auswuchtung des Moments und der Kräfte würde einfacher sein, wenn die Ritzelwelle an jedem Ende abgestützt und das Werkzeug dazwischen angeordnet wäre. Dasselbe gilt für die oben erwähnte zweite Welle. Wenn die erste und zweite Welle an ihren beiden Enden abgestützt wären, dann könnten sowohl die Momenten- als auch die Kraftvektoren ausgewuchtet werden. Die Größe, die Anzahl der Teile, etc. jedoch, die bei einer solchen nicht freitragenden Anordnung erforderlich wären, würde sie für den Einbau in eine Nähmaschine unbrauchbar machen. Bei dem freitragenden System gemäß der Erfindung ist es möglich, die Kraftvektoren, denen die oben erwähnten, mit doppelter Geschwindigkeit umlaufenden Lagergarnituren unterworfen sind, auszuwuchten und weiterhin sowohl die Kraftvektoren und das Moment, dem das Hauptlager unterworfen ist, ebenfalls auszuwuchten. Aus verschiedenen Gründen wird das auf die mit doppelter Geschwindigkeit umlaufenden Lagergarnituren einwirkende Moment nicht ausgewuchtet. Das Hauptgegengewicht ist jedoch so gestaltet, besitzt eine solche Masse und ist an einer solchen Stelle plaziert, daß es das auf die mit doppelter Geschwindigkeit rotierenden Lagergarnituren einwirkende Moment zum Verschwinden bringt, welches sonst auf das Hauptlager übertragen würde. Das Ergebnis hiervon besteht darin, daß das Hauptlager sowohl bezüglich des Moments als auch bezüglich Lastkräften ausgewuchtet ist.Balancing the moment and the forces would be easier if the pinion shaft supported at each end and that Tool would be arranged in between. The same is true for the second wave mentioned above. When the first and second wave were supported at both ends, then both the moment and the force vectors could be balanced. However, the size, number of parts, etc. that would be required in such a non-self-supporting arrangement, would make them unusable for installation in a sewing machine. In the cantilever system according to the invention it is possible to use the force vectors to which the above-mentioned bearing sets rotating at double speed are subjected are to be balanced and continue to both the force vectors and the moment to which the main bearing is subjected, also to be balanced. For various reasons, this is due to the bearing sets rotating at double speed Acting moment not balanced. The main counterweight, however, is designed and has such a mass and is placed in such a position that it affects the bearing sets rotating at double speed causes the acting moment to disappear, which would otherwise be transferred to the main bearing. The result of this consists in the fact that the main bearing is balanced in terms of both moment and load forces.

Dementsprechend bestehen die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung in folgendem: Es wird ein als Baustein ausgebildeter Kardanantrieb vorgeschlagen, der es ermöglicht, eine Drehbewegung in eine hin- und hergehende, schraubenförmige, elliptische und schraubenförmig-elliptische Bewegung umzuwandeln. Eine standardisierte, als Baustein ausgebildete Kardangetriebeeinheit gemäß der Erfindung kann in ein Näh-Accordingly, the features and advantages of the present exist Invention in the following: A cardan drive designed as a module is proposed which makes it possible a rotary motion into reciprocating, helical, elliptical, and helical-elliptical motion to convert. A standardized, designed as a module cardan drive unit according to the invention can be in a sewing

909846/0820 _₁₃_909846/0820 _ ₁₃ _

A 43 330 m 29Ί8394A 43 330 m 29Ί8394

m - 168 - 13 -m - 168 - 13 -

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maschinengestell eingesetzt werden und wahlweise folgende Funktionen ausüben: den Nadelantrieb, den Antrieb von Greifern, usw. Eine solche Einheit, welche erfindungsgemäß ausgewuchtet ist, eliminiert übermäßiges Geräusch und Vibrationen und ermöglicht höhere Arbeitsgeschwindigkeiten. Ein ausgewuchteter Kardangetriebebaustein gemäß der Erfindung ermöglicht die Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine gradlinige Bewegung. Ein ausgewuchtetes, freitragend angeordnetes Kardangetriebe gemäß der Erfindung, welches gegenüber der Hauptantriebswelle mit doppelter Geschwindigkeit umlaufende Lagergarnituren aufweist, unterliegt keinen unregelmäßigen Lastvektoren. Erfindungsgemäß wird eine Kardangetriebeeinheit zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Lissajous-Bewegung vorgeschlagen, bei welcher eine freitragend angeordnete, mit doppelter Geschwindigkeit wie die Hauptantriebswelle rotierende Lagergarnitur im Betrieb einem konstanten Lastvektor unterworfen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Kardanantrieb werden die einzelnen Elemente selektiv gruppiert, möglichst kleingehalten und anschließend ausgewuchtet. Bei dem erfindungsgemäßen Kardanmechanismus werden der konstante Lastvektor und das Moment, die von einer Ritzelwelle und damit verbundenen Zubehörteilen auf die Hauptlagergarnitur der Hauptantriebswelle ausgeübt werden, durch Auswuchtmittel ausgeglichen. Bei dem erfindungsgemäßen Kardangetriebe werden alle Teile, die in dem mit doppelter Geschwindigkeit umlaufenden Lager abgestützt sind, bezüglich der Mittellinie der Ritzelwelle ausgewuchtet; anschließend werden alle Teile, die von der Hauptantriebswelle getragen werden, bezüglich einer Linie ausgewuchtet, die durch den Mittelpunkt der Hauptantriebswelle verläuft. Ein erfindungsgemäßer Nähmaschinenantrieb weist eine merkliche Reduzierung der Vibrationen und der Geräusche, die von der Nadelstangemachine frame and optionally perform the following functions: the needle drive, the drive of grippers, etc. Such a unit, balanced in accordance with the present invention, eliminates excessive noise and vibration and enables higher working speeds. A balanced cardan drive module according to the invention enables the conversion of a rotational movement into a linear movement. A balanced, self-supporting one Cardan drive according to the invention, which revolves at twice the speed of the main drive shaft Has bearing sets, is not subject to irregular load vectors. According to the invention, a cardan drive unit proposed to convert a rotary movement into a rectilinear Lissajous movement, in which one is cantilevered arranged bearing set rotating at twice the speed of the main drive shaft in operation is subject to constant load vector. In the case of the cardan drive according to the invention, the individual elements are selective grouped, kept as small as possible and then balanced. In the gimbal mechanism according to the invention the constant load vector and moment exerted by a pinion shaft and associated accessories on the main bearing assembly the main drive shaft are exerted, balanced by balancing means. In the cardan drive according to the invention all parts that are supported in the warehouse rotating at double speed are related to the Center line of pinion shaft balanced; then all parts that are carried by the main drive shaft are balanced with respect to a line passing through the center of the main drive shaft. An inventive Sewing machine drive exhibits a noticeable reduction in the vibration and noise emitted by the needle bar

909846/0 82 0 ■; -14-909846/0 82 0 ■; -14-

A 43 330 m ^9 I 8 394A 43 330 m ^ 9 I 8 394

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hervorgerufen werden, auf. Somit kann das Gewicht der Maschinengußteile beträchtlich reduziert werden.are caused on. Thus, the weight of the machine castings can be reduced considerably.

Erfindungsgemäß werden bestimmte Elemente eines Kardangetriebes mit Zubehörteilen zum Zwecke des Auswuchtens in Gruppen zusammengefaßt. Zunächst wird das mit der doppelten Geschwindigkeit umlaufende Lager bezüglich der gesamten Kardangetriebeanordnung als unabhängige Einheit behandelt. Dies bedeutet, daß das Ritzel, die Nadelstange, die Getriebeanordnung etc. sämtlich in der Weise ausgewuchtet werden, daß das mit doppelter Geschwindigkeit umlaufende Lager nur sehr minimalen Belastungsvektoren unterworfen ist, wenn die Ritzelwelle unabhängig von der Kardangetriebeanordnung rotiert. In der Praxis wird die Masse der betreffenden Werkzeugteile mit Zubehörelementen durch ein Gegengewicht ausbalanciert. Das Gegengewicht selbst ist so angeordnet, daß es trotz einer kleineren Gesamtmasse als die von ihm ausgewuchteten Teile immer noch ausreicht, um die Ritzelwelle und die damit verbundenen Teile auszuwuchten. Obwohl das mit doppelter Geschwindigkeit umlaufende Lager keinem Lastvektor unterworfen ist, unterliegt es offensichtlich einem auf dem Zentrifugaleffekt beruhenden, konstanten.Lastvektor, sobald das Ritzelgetriebe durch die Hauptantriebswelle in Umlauf versetzt wird. Wegen der besonderen Konstruktion der von den mit doppelter Geschwindigkeit rotierenden Lagern abgestützten Teile ist dieser Lastvektor minimal gehalten, so daß die Lebensdauer der Lager und der in ihnen abgestützten Teile befriedigend lang ist. Wegen der freitragenden Anordnung des Systems ist jedoch das auf die mit doppelter Geschwindigkeit umlaufenden Lager einwirkende Moment nicht ausgewuchtet. Wenn es nicht ausgewuchtet ist, würde es letztendlich unerwünschte Einflüsse auf das Hauptlager hervorrufen.According to the invention, certain elements of a cardan drive grouped with accessories for balancing purposes. First of all, it will be twice as fast revolving bearings treated as an independent unit with respect to the entire cardan drive arrangement. This means, that the pinion, the needle bar, the gear assembly, etc. are all balanced in such a way that the Bearings rotating at double speed are only subjected to very minimal load vectors when the pinion shaft rotates independently of the cardan drive arrangement. In practice, the mass of the tool parts concerned will be with Accessories balanced by a counterweight. The counterweight itself is arranged so that it despite a smaller Total mass than the parts balanced by it is still sufficient to accommodate the pinion shaft and the associated Balancing parts. Although the bearing rotating at double speed is not subject to a load vector, is subject there is obviously a constant load vector based on the centrifugal effect as soon as the pinion gear passes through the Main drive shaft is set in rotation. Because of the special construction of the double speed Rotating bearings supported parts, this load vector is kept to a minimum, so that the life of the bearings and the parts supported in them is satisfactorily long. However, because of the cantilevered arrangement of the system, this is on the moment acting on the bearings rotating at double speed is not balanced. If it's not balanced it would ultimately have undesirable effects on the main bearing.

909846/0820909846/0820

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A 43 330 mA 43 330 m

m - 168 - 15 -m - 168 - 15 -

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Unter Anwendung einer mathematischen Analyse ist es anschließend möglich, den konstanten Lastvektor und das Moment zu bestimmen, welche die mit doppelter Geschwindigkeit rotierende Lageranordnung auf das Hauptlager übertragen würde. Daher ist es durch entsprechende Auswahl und Positionierung von Auswucht- oder Gegengewichtsmitteln möglich, den Lastvektor und das Moment zu reduzieren, denen das Hauptlager unterworfen ist. Jedes Lager wird gegenüber dem andern ausgewuchtet, bis ein Optimum erreicht ist.Using a mathematical analysis, it is then possible to find the constant load vector and the moment determine which double-speed rotating bearing assembly would transfer to the main bearing. It is therefore possible to use the appropriate selection and positioning of balancing or counterweight means to reduce the load vector and reduce the moment to which the main bearing is subjected. Each bearing is balanced against the other, until an optimum is reached.

Zusammenfassend ist festzustellen: Das freitragende System eines kardangetriebeähnlichen Mechanismus muß zunächst so betrachtet werden, als enthalte es zwei getrennte Systeme. Das erste System schließt alle diejenigen Elemente ein, die von den mit doppelter Geschwindigkeit umlaufenden Lagern abgestützt sind und wird zuerst ausgewuchtet. Dabei werden das Moment und der konstante Lastvektor bestimmt. Das zweite System umfaßt alle Elemente, die durch das Hauptlager abgestützt sind und ist auswuchtbar, weil seine Kenndaten, das Moment und der konstante Lastvektor der mit doppelter Geschwindigkeit rotierenden Lagermittel bestimmbar sind.In summary: The self-supporting system a gimbal-like mechanism must first be viewed as containing two separate systems. The first system includes all those elements supported by the bearings rotating at double speed are and will be balanced first. The moment and the constant load vector are determined. The second system includes all elements that are supported by the main bearing and can be balanced because its characteristic data, the moment and the constant load vector of the bearing means rotating at double speed can be determined.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments the invention is used in conjunction with the accompanying drawings for further explanation. Show it:

Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht des vorderen Teils des überhängenden Armes einer Nähmaschine;Fig. 1 is a vertical sectional view of the front part of the overhanging arm of a sewing machine;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;Fig. 2 is a partial sectional view taken along line 2-2 in Fig. 1;

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A 43 330 m 29Ί839ΑA 43 330 m 29Ί839Α

m - 168 - 16 -m - 168 - 16 -

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Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Kardangetriebes mit zugehörigen Teilen;FIG. 3 is a sectional side view of the one shown in FIG Cardan gear with associated parts;

Fig. 4 eine schaubildliche, auseinandergezogene Ansicht eines mit doppelter Geschwindigkeit rotierenden Lagers und darin abgestützter Teile undFigure 4 is a perspective, exploded view of a double speed rotating bearing and parts supported therein and

Fig. 5 eine schematische Ansicht ähnlich Fig. 2 mit einer Darstellung der verschiedenen Faktoren, welche während eines Arbeitszyklus auf das System einwirken.FIG. 5 is a schematic view similar to FIG. 2 with an illustration of the various factors which occur during act on the system during a work cycle.

Die in Fig. 1 dargestellte Industrienähmaschine weist ein Maschinengestell mit einem überhängenden Arm 10 auf, der in einem Kopfteil 12 endigt. Unterhalb des überhängenden Armes befindet sich ein (nicht dargestelltes) Untergestell. Innerhalb des Armes 10 erstreckt sich längsweise eine Hauptantriebswelle 14, die über eine (nicht dargestellte) an ihrer rechten Seite angeordnete Riemenscheibe mit Handrad in an sich bekannter Weise angetrieben wird. Die Antriebswelle ist in einem Hauptlager 16 drehbar gelagert, welches nahe dem linken Ende des überhängenden Armes 10 angeordnet ist.The industrial sewing machine shown in Fig. 1 has a machine frame with an overhanging arm 10, which ends in a head part 12. Underneath the overhanging arm there is an underframe (not shown). Within the arm 10 extends longitudinally a main drive shaft 14, which has a (not shown) on her right side arranged pulley with handwheel is driven in a known manner. The drive shaft is rotatably mounted in a main bearing 16 which is arranged near the left end of the overhanging arm 10.

Mit dem linken Endabschnitt 18 der Antriebswelle 14 ist freitragend ein als Baustein ausgebildetes Kardangetriebe 20 verbunden, welches zunächst bezüglich seiner Komponenten und deren Zusammenwirken beschrieben wird. Anschließend wird das Verfahren zur Auswuchtung des Systems erläutert.With the left end section 18 of the drive shaft 14 is self-supporting connected as a module designed cardan gear 20, which initially with regard to its components and whose interaction is described. Then the Procedure for balancing the system explained.

Das Kardangetriebe 20 umfaßt einen als Verlängerung der Welle 14 ausgebildeten Gestellteil 18, der freitragend vom Hauptlager 16 abgestützt ist. Wie dargestellt, besitzt der Gestellteil 18 eine solche Gestalt, daß er ein in Fig. 3 undThe cardan gear 20 comprises a frame part 18, designed as an extension of the shaft 14, which is cantilevered from the main bearing 16 is supported. As shown, the frame part 18 has such a shape that it is a in Fig. 3 and

909846/0820909846/0820

m - 168 - 17 -m - 168 - 17 -

20. April 1979April 20, 1979

im einzelnen dargestelltes Ritzelgetriebe 17 aufnehmen kann. Der Gestellteil 18 weist einen horizontal verlaufenden Hohlraum 28 und einen Ausschnitt 30 auf. Der Ausschnitt 30 ermöglicht den Eingriff eines Ritzels 22 in einen Innenzahnkranz 24, der ortsfest im Kopfteil 12 der Nähmaschine gelagert ist. Der Hohlraum 2 8 trägt mit doppelter Geschwindigkeit wie die Antriebswelle 14 umlaufende Lagermittel, welche aus zwei Lagern 32 und 34 bestehen. In diesen Lagern ist eine Ritzelwelle 36 drehbar gelagert. Das Ritzel 22 ist durch eine Stellschraube 3 8 drehfest mit der Welle 36 verbunden. Am linken Ende 40 der Ritzelwelle 36 ist ein Verbindungsarm 44 befestigt, der eine Verbindung zu dem allgemein mit 42 bezeichneten Werkzeug derart herstellt, daß insgesamt ein freitragendes System geschaffen ist. Der Verbindungsarm 44 dient weiterhin dazu, an der Ritzelwelle 36 eine Gegengewichtsmasse 46 zu befestigen, die eine Kraft auf.die Welle 36 ausübt, so daß im Falle vollkommener Auswuchtung der auf die Lager 32, 34 einwirkende Lastvektor gleich Null ist. Die als Gegengewicht ausgebildete Masse 46 ist durch einen Stift 48 am Arm 44 gehalten. Der Verbindungsarm 44 weist weiterhin einen Gewindeabschnitt 50 auf, auf dem eine Spannschloßmutter 52 sitzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Verbindungsarm 44 durch eine öffnung 51 der Ritzelwelle 36 hindurchgesteckt, wonach die Mutter 52 die einzelnen Teile in vorbestimmter Lage zusammenspannt. Der Hebelarm 44 ist in seinem oberen Teil mit einer öffnung 54 versehen. In dieser öffnung ist mit Hilfe eines Schnapprings 26 ein Lager 56 fest positioniert.can accommodate pinion gear 17 shown in detail. The frame part 18 has a horizontally extending cavity 28 and a cutout 30. The cutout 30 enables the engagement of a pinion 22 in an internal ring gear 24, which is fixedly mounted in the head part 12 of the sewing machine. The cavity 28 carries at twice the speed like the drive shaft 14 revolving bearing means which consist of two bearings 32 and 34. There is one in these camps Pinion shaft 36 rotatably mounted. The pinion 22 is non-rotatably connected to the shaft 36 by an adjusting screw 38. At the left end 40 of pinion shaft 36 is a link arm 44 attached, which connects to the tool generally designated 42 such that a total of a cantilevered system is created. The connecting arm 44 is used also to attach a counterweight 46 to the pinion shaft 36, which exerts a force on the shaft 36, so that in the case of perfect balancing the load vector acting on the bearings 32, 34 is equal to zero. As A mass 46 formed as a counterweight is held on the arm 44 by a pin 48. The connecting arm 44 also has a threaded portion 50 on which a turnbuckle nut 52 sits. In the preferred embodiment of the invention the connecting arm 44 is through an opening 51 of the Pinion shaft 36 pushed through, after which the nut 52 clamps the individual parts together in a predetermined position. Of the Lever arm 44 is provided with an opening 54 in its upper part. In this opening is with the help of a snap ring 26 a bearing 56 is fixedly positioned.

Bei dem Werkzeug 42 handelt es sich bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um eine hin- und hergehende Nadelstange, die durch zwei Lager 60 und 62 geführt ist. DieTool 42 is the preferred embodiment of the invention to a reciprocating needle bar which is guided by two bearings 60 and 62. the

909846/082G909846 / 082G

A 43 330 m Z 9 Ί 8 394A 43 330 m Z 9 Ί 8 394

m - 168 - 18 -m - 168 - 18 -

20. April 19 79April 20, 19 79

Nadelstange ist mit dem Bezugszeichen 58 bezeichnet. Die Lager 62 und 60 sind ihrerseits im Kopf des Maschinengestells befestigt. Ein durch eine Bügelklemme gehaltener Ausgangszapfen 6 4 besitzt einen gewissen Grad an Freiheit, um eine nicht ganz korrekte Ausrichtung zu kompensieren und dennoch Kräfte zwischen der Nadelstange 58 und dem Verbindungsarm 44 zu übertragen. Wenn (vgl. Fig. 2) der auf dem Arm 44 liegende Ausgangsmittelpunkt 147 des Kardangetriebes auf dem Rollkreisdurchmesser des Innenzahnkranzes 24 liegt, erfolgt die Ausgangsbewegung des Getriebes bekanntlich auf einer geradlinigen Bahn. Insoweit ist eine weitere Erläuterung nicht erforderlich.The needle bar is denoted by the reference numeral 58. The bearings 62 and 60 are in turn in the head of the machine frame attached. An output pin 6 4 held by a U-clamp has a certain degree of freedom, to compensate for incorrect alignment and still forces between the needle bar 58 and the link arm 44 to transfer. If (cf. FIG. 2) the starting center point 147 of the cardan drive lying on the arm 44 is on is the pitch circle diameter of the inner ring gear 24, the output movement of the gear takes place, as is known a straight path. In this respect, no further explanation is required.

Die Lagerstellen des Kardangetriebes, nämlich das Hauptlager 16, die Lager 32 und 34 sowie das Lager 56 sind mit einem öl- oder Schmiersystem verbunden. Das öl tritt über einen Kanal 68 unter Druck ein und verteilt sich von da über Hilfskanäle zu den einzelnen Lagerstellen. Das Lager 32 erhält öl über einen Kanal 70, das Hauptlager 16 über Kanäle 72vnd 74, das Lager 34 über den Kanal 72 und einen Kanal 76, und das Lager 56 über den Kanal 72 und einen weiteren Kanal 78. Den Kanälen kann eine ölpumpanlage zugeordnet sein, wie sie bei Industrienähmaschinen an sich bekannt ist.The bearings of the cardan drive, namely the main bearing 16, the bearings 32 and 34 and the bearing 56 are with a oil or lubrication system connected. The oil enters under pressure via a channel 68 and is distributed from there via auxiliary channels to the individual storage locations. The bearing 32 receives oil through a channel 70, the main bearing 16 through channels 72vnd 74, the bearing 34 via the channel 72 and a channel 76, and the bearing 56 via the channel 72 and another channel 78. Den An oil pumping system, as is known per se in industrial sewing machines, can be assigned to channels.

Die Ritzelwelle 36 ist durch eine Druckscheibe 80 am Platz gehalten. Der Außenring 82 des Lagers 32 liegen dabei an der einen Seite und der Gestellteil 18 an der anderen Seite der Druckscheibe 80 an und halten diese fest. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Druckscheibe aus einem Material, welches von der Firma DuPont Corporation unter dem Handelsnamen "Vespel" hergestellt und vertrieben wird. Die Druckscheibe 80 vermittelt eine im wesentlichen rei-The pinion shaft 36 is held in place by a thrust washer 80. The outer ring 82 of the bearing 32 lie on the one side and the frame part 18 on the other side of the pressure disc 80 and hold it in place. With the preferred Embodiment of the invention consists of the pressure washer from a material available from DuPont Corporation is manufactured and sold under the trade name "Vespel". The thrust washer 80 provides a substantially smooth

809846/0820809846/0820

A 43 330 m -έ9 I 8 394A 43 330 m -έ9 I 8 394

m - 168 - 19 -m - 168 - 19 -

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bungsfreie Abstützfläche für das Ritzel 22, so daß die Ritzelwelle 36 und die mit ihr verbundenen Teile mit Bezug auf die Gestellanordnung fixiert sind.Exercise-free support surface for the pinion 22, so that the pinion shaft 36 and the parts connected to it are fixed with respect to the frame arrangement.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist das Ritzelgetriebe 17 teleskopartig im Gestellteil 18 der Antriebswelle 14 gelagert. Dies führt zu einem kleinen Durchmesser der gegenüber der Antriebswelle 14 mit doppelter Geschwindigkeit rotierenden Lager 32, 34, so daß die Umfangsgeschwindigkeit zwischen der Welle 36 und diesen Lagern minimal gehalten ist. Außerdem ist der Zapfen 64 in das Lager 56 am Verbindungsarm 44 so eingeführt, daß der Abstand oder der Momentenarm zwischen Nadelstange und Verbindungsarm 44 weitgehend reduziert ist. Auf diese Weise wird auch das den Lagern 32, 34 und 16 auferlegte Moment minimal gehalten. Der Zapfen 64 umfaßt ein Paßteil 65, welches vom Lager 56 festgehalten und geführt wird. Dieses" Paßteil besitzt einen Krümmungsradius von etwa 1 m, wodurch eine nicht ganz korrekte Ausfluchtung kompensiert wird. DCtS" Paßteil 65 ist auf diese Weise etwas tonnenförmig ausgebildet und kann sich innerhalb bestimmter Grenzen frei innerhalb des Lagers 56 von selbst einstellen.As can be seen from Fig. 4, the pinion gear 17 is telescopic mounted in the frame part 18 of the drive shaft 14. This leads to a small diameter opposite the drive shaft 14 double speed rotating bearing 32, 34, so that the peripheral speed between the shaft 36 and these bearings is kept to a minimum. Also is the tenon 64 inserted into the bearing 56 on the connecting arm 44 so that that the distance or the moment arm between the needle bar and connecting arm 44 is largely reduced. To this The moment imposed on bearings 32, 34 and 16 also becomes wise kept to a minimum. The pin 64 comprises a fitting part 65 which is held and guided by the bearing 56. This" The fitting part has a radius of curvature of about 1 m, which compensates for incorrect alignment. DCtS " Fitting part 65 is somewhat barrel-shaped in this way and can move freely within certain limits of the bearing 56 adjust by itself.

Die beschriebene Einheit wird derart ausgewuchtet, daß die als Gegengewicht dienende Masse 46 minimal ist. Wesentlich im Zusammenhang mit der Erfindung ist der Auswuchtvorgang und die hierzu gemachten Annahmen. Das Ritzelgetriebe 17 und die Nadelstange 58 werden zunächst unabhängig von den übrigen Teilen des Antriebs ausgewuchtet. Im Gegensatz zu herkömmlicher übung wird das Ritzelgetriebe als in stationären Lagern gelagert angenommen. Unter dieser Annahme werden das Ritzelgetriebe und die Nadelstange (mit daran befestigter Nadel) statisch derart ausgewuchtet, daß die Lastvektoren umThe unit described is balanced in such a way that the mass 46 serving as a counterweight is minimal. Essential in connection with the invention is the balancing process and the assumptions made for this purpose. The pinion gear 17 and the needle bar 58 are initially balanced independently of the other parts of the drive. In contrast to conventional In exercise, the pinion gear is assumed to be mounted in stationary bearings. With this assumption, the Pinion gear and the needle bar (with attached needle) statically balanced in such a way that the load vectors around

909SA6/0820909SA6 / 0820

m - 168 - 20 -m - 168 - 20 -

20. April 1979April 20, 1979

die Mittellinie 41 der Ritzelwelle 36 in der durch den Ausgangsmittelpunkt 147 (vgl. Fig. 2) gehenden XY-Ebene minimal sind.the center line 41 of the pinion shaft 36 in the XY plane passing through the starting center point 147 (cf. FIG. 2) are minimal.

Diese Auswuchtung erfordert die Verwendung der als Gegengewicht dienenden Masse 46. Die Größe des Gegengewichts hängt von seinem Abstand (oder Radius) von der Mittellinie 41 ab. Durch Vergrößerung dieses Abstandes läßt sich die erforderliche Gegengewichtsmasse reduzieren, wodurch die Belastung der Lager 32, 34 minimal gehalten wird. Nachdem die geeigneten Annahmen gemacht und die entsprechenden Verhältnisse für die Auswuchtung der Anordnung geschaffen sind, liegen die weiteren mathematischen und mechanischen Techniken im Können des Durchschnittsfachmanns.This balancing requires the use of the counterweight 46. The size of the counterweight depends on its distance (or radius) from the center line 41. By increasing this distance, the required Reduce the counterweight mass, whereby the load on the bearings 32, 34 is kept to a minimum. After the appropriate Assumptions are made and the appropriate conditions for the balancing of the arrangement are created, the further mathematical and mechanical techniques within the ability of the average person skilled in the art.

Anschließend an diese unabhängig erfolgende Auswuchtung des Ritzelgetriebes 17 wird dieses in die Antriebswelle 14 eingesetzt, in welcher es um die Mittellinie 43 dieser Welle umläuft. Unter diesen Umständen teilt die Ritzelwelle, welche um ihre eigene Mittellinie 41 und um die Mittellinie 43 der Antriebswelle 14 umläuft, den Lagern 32, 34 zwei Kräfte mit. Bei diesen Kräften handelt es sich um die Zentrifugalkraft, die sich aus der Rotation des Ritzelgetriebes ergibt, und um das Moment oder Kräftepaar, welches auf die Welle 36 in der XZ-Ebene einwirkt. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, verläuft die X-Achse entlang der Hauptachse und die Z-Achse senkrecht hierzu. Dieses Moment wirkt in entgegengesetzten Richtungen auf die Lager 32 und 34. Es wurde gefunden, daß diese Kräfte aufgrund der vorliegenden Konstruktion Keine unzulässige Belastung auf die Lager 32, 34 ausüben. Selbst bei hohen Geschwindigkeiten sind diese Kräfte allgemein konstant und ermöglichen es, daß die Ritzelwelle 36 ruhig von einem ElementSubsequent to this independent balancing of the pinion gear 17, it is inserted into the drive shaft 14, in which it revolves around the center line 43 of this wave. Under these circumstances, the pinion shaft divides which revolves around its own center line 41 and around the center line 43 of the drive shaft 14, the bearings 32, 34 with two forces. These forces are the centrifugal force, which results from the rotation of the pinion gear, and to the moment or force couple, which on the shaft 36 in the XZ plane acts. As can be seen from FIG. 3, the X-axis runs along the main axis and the Z-axis runs perpendicularly For this. This moment acts in opposite directions on bearings 32 and 34. It has been found that these forces Due to the present construction, do not exert any inadmissible loads on the bearings 32, 34. Even at high speeds these forces are generally constant and allow the pinion shaft 36 to be smoothly disengaged from an element

909846/0820909846/0820

A 43 330 mA 43 330 m

m - 168 - 21 -m - 168 - 21 -

20. April 1979April 20, 1979

der Lager 32, 34 zum anderen rollt. Dies bedeutet, daß den Lagern 32, 34 von der Ritzelwelle 36 eine konstante Belastung auferlegt wird.the bearing 32, 34 rolls to the other. This means that the A constant load is imposed on bearings 32, 34 from the pinion shaft 36.

Nachdem das Ritzelgetriebe 17 intern ausgewuchtet ist, wird die Gesamtanordnung in der XY-Ebene, welche durch den Punkt 15 des Hauptlagers 16 in der XZ-Ebene verläuft, ausgewuchtet. Dieser Auswuchtvorgang erfordert es, daß Lastvektoren und Momente, die sich aus der Zentrifugalkraft ergeben, derart ausgeglichen werden, daß ihre Summe um den Punkt 15 Null ist.After the pinion gear 17 is internally balanced, is the overall arrangement in the XY plane, which runs through point 15 of the main bearing 16 in the XZ plane, is balanced. This balancing process requires that load vectors and moments resulting from the centrifugal force, such be balanced so that their sum around the point 15 is zero.

Bei diesem Vorgang müssen die Kräfte, welche über die Lager 32, 34 einwirken, bestimmt werden. Eine erste radiale Kraft F, die von der Nadelstange 58, dem linken Ende der Ritzelwelle 36 und der Gegengewichtsmasse 46 herrührt, kann durch den folgenden Satz von Gleichungen bestimmt werden.During this process, the forces that act via the bearings 32, 34 must be determined. A first radial force F, which originates from the needle bar 58, the left end of the pinion shaft 36 and the counterweight mass 46, can by the the following set of equations can be determined.

In diesen Gleichungen bedeuten: M_R die Masse des Werkzeugs, d.h. im wesentlichen die Masse der Nadelstange 58; M^ die Masse der mit der Ritzelwelle verbundenen Auswuchtmittel; R den Abstand einer durch die Mitte des Hauptlagers 16 verlaufenden Linie von einer durch die Mitte der Lager 32 und 34 verlaufenden Linie, nämlich den "Kurbelradius"; W die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 14, d.h. diejenige Geschwindigkeit, mit welcher die Antriebswelle rotiert; © den Kurbelwinkel, welcher gemäß Fig. 5 der Winkel zwischen einer Linie ist, die die Mittelpunktslinien der Ritzelwelle und der Antriebswelle verbindet und einer Geraden, die parallel zu der Linie verläuft, die von der Nadelstange durchlaufen wird. F ist die durch die Masse der Elemente in der Nähe des Vorderendes der Kurbel ausgeübte Belastung.DieserIn these equations: M _{R is} the mass of the tool, ie essentially the mass of the needle bar 58; M ^ is the mass of the balancing means connected to the pinion shaft; R is the distance of a line running through the center of the main bearing 16 from a line running through the center of the bearings 32 and 34, namely the "crank radius"; W is the angular speed of the drive shaft 14, ie the speed at which the drive shaft rotates; © the crank angle, which according to FIG. 5 is the angle between a line which connects the center lines of the pinion shaft and the drive shaft and a straight line which runs parallel to the line which is traversed by the needle bar. F is the load exerted by the mass of the elements near the front end of the crank. This

909846/0820909846/0820

A 43 330 m 29(8394A 43 330 m 29 (8394

m - 168 - 22 -m - 168 - 22 -

20. April 1979April 20, 1979

Wert schließt nicht den Massenbeitrag beispielsweise des Ritzels oder des Lagerteils der Lagergarnituren ein. Dies liegt daran, daß die Masse dieser Elemente symmetrisch zur Mitte der Ritzelwelle verteilt ist. L_A und L sind die Radien, an welchen die Nadelstange 58 und die Gegengewichtsmasse 46 befestigt sind. Die Kraft F der Gegengewichtsmasse bewegt sich elliptisch und hat somit Kraftkomponenten in X- und Y-Richtung. Die Kraft F_n verläuft aufgrund der Masse der Nadelstange 58 und dem freitragenden Abschnitt der Welle 36 auf einer geradlinigen Bahn entlang der X-Achse, wie in Fig. 5 dargestellt.Value does not include the mass contribution of the pinion or the bearing part of the bearing sets, for example. This is because the mass of these elements is distributed symmetrically to the center of the pinion shaft. L _A and L are the radii to which the needle bar 58 and counterweight mass 46 are attached. The force F of the counterweight mass moves elliptically and thus has force components in the X and Y directions. Due to the mass of the needle bar 58 and the cantilevered section of the shaft 36, the force F _{n runs in a straight path along the X-axis, as shown in FIG. 5.}

Wenn M_c φ M₃ und L_c φ L_ß, dann gilt: M_C(L_C) = M_B(L_ß).If M _c φ M ₃ and L _c φ L _ß , then: M _C (L _C ) = M _B (L _ß ).

Daher ist:Thats why:

L_c > RL _c > R

^R * i^ R * i

B -^B - ^

1 <M1 <M

Lq)M₈W² cos-e₊(R-L_c) M_cW²cosOLq) M ₈ W ² cos-e ₊ (RL _c ) M _c W ² cosO

= (Mq₄. M₀)RW² cos-Θ-^FY ={^R- ^lb)M_bW²sinO+(R₊L_c)M_cW²sin ^RMQ-LQMQ₊RM_{0 +} L₀M₀)W²SIn -Θ- = (M_B+ M₀) RW² sin -Θ-= (Mq _4. M ₀ ) RW ² cos-Θ- ^F Y = { ^R - ^l b) M _b W ² sinO + (R ₊ L _c ) M _c W ² sin ^ RMQ-LQMQ ₊ RM _{0 +} L ₀ M ₀ ) W ² SIn -Θ- = (M _{B +} M ₀ ) RW ² sin -Θ-

x + ^ry ■x + ^r y ■

HM₀)RW² HM ₀ ) RW ²

A 43 330 m m - 168A 43 330 m m - 168

20. April 19 79April 20, 19 79

_ O *5 —_ O * 5 -

4U J 4U J

Aus dieser Gleichung ergibt sich die volle Bedeutung der Verringerung der Belastungen, welche den Lagern 32 und dadurch auferlegt werden, daß man die Gegengewichtsmasse 46 reduziert.From this equation, the full importance of reducing the loads placed on the bearings 32 and be imposed by reducing the counterweight mass 46.

m_c <mm _c <m

2M_ßRW2M _ß RW

>(M_B+M_C)RW> (M _B + M _C ) RW

Wird das Reduktionsverhältnis in der Belastung, welche durch die Nadelstange 58 und den freitragenden Abschnitt der Ritzelwelle 36 auf die Lager 32, 34 ausgeübt wird, zu einem Gegengewicht, in welchem M = NL:Will the reduction ratio in the load caused by the needle bar 58 and the cantilevered portion of the pinion shaft 36 is exerted on the bearings 32, 34, to one Counterweight, in which M = NL:

(M(M

2M_nRW'
rs2M _n RW '
rs

1/2 +1/2 +

2M.2M.

Das Maximum der Hälfte der vollen Last wird erreicht, wenn M = O. Wenn M = M^ ergibt sich offensichtlich keine Reduktion der vollen Last.The maximum of half the full load is reached when M = O. When M = M ^ there is obviously no reduction the full load.

Neben der Bestimmung der auf das Werkzeug und den Verbindungsarm 44 zurückgehenden Kraft wird die Kraft bestimmt, dieIn addition to determining the force caused by the tool and the connecting arm 44, the force is determined which

9048/082Q9048 / 082Q

A 43 330 m Z. 9 I d 0 9 AA 43 330 m Z. 9 I d 0 9 A

m - 168 - 24 -m - 168 - 24 -

20. April 19 79April 20, 19 79

auf die Masse der übrigen Welle 36 zurückgeht. Anschließend wird die Verteilung dieser beiden Kräfte auf die Lager 32, 34 bestimmt. Schließlich werden die Lastvektoren, die sich aus der Masse des Gestellteils 18 ergeben, bestimmt. Mit diesen Bestimmungen können nun sowohl die Lastvektoren als auch die Momente aufsummiert werden, welche über den Schwerpunkt der betreffenden Elemente um den Punkt 15 wirken. Hierauf werden Gegengewichte 86 und 88 an solchen Stellen angebracht, daß die Summe der Lastvektoren und Momente um den Punkt 15 Null ist.is due to the mass of the rest of the shaft 36. Then the distribution of these two forces on the bearings 32, 34 determined. Finally, the load vectors that result from the mass of the frame part 18 are determined. With With these determinations, both the load vectors and the moments can now be added up, which are above the center of gravity of the elements concerned around point 15. Counterweights 86 and 88 are then attached at such points that the sum of the load vectors and moments around point 15 is zero.

Es ist zu beachten, daß dieses Auswuchtverfahren für ein Kardangetriebe gilt, bei dem das Werkzeug auf einer geradlinigen Bahn hin- und hergeführt wird. Wie in anderen schwebenden Patentanmeldungen erläutert, kann das Werkzeug auch auf einer elliptischen, schraubenförmigen oder schraubenförmig-elliptischen Bahn hin- und herbewegt werden. In diesem Falle ist das Auswuchtverfahren entsprechend abzuwandeln. Die hierzu zu treffenden Annahmen und mathematischen Techniken sind dem im Auswuchten geübten Durchschnittsfachmann ohne weiteres an die Hand gegeben.It should be noted that this balancing procedure applies to a cardan drive in which the tool is on a straight line Railway is guided back and forth. As discussed in other pending patent applications, the tool can also be moved back and forth on an elliptical, helical or helical-elliptical path. In this In this case, the balancing process must be modified accordingly. The assumptions and mathematical techniques to be made for this are readily available to those skilled in the art of balancing.

Die Nützlichkeit vorliegender Erfindung ist in anderen schwebenden Patentanmeldungen weiterhin erläutert. Die US-Patentanmeldung Ser. Nr. 904 204 (deutsche Patentanmeldung P ) zeigt einen Getriebeausgang, der auf einer elliptischen Bahn verläuft; die US-Patentanmeldung Ser. Nr. 904 206 (deutsche Patentanmeldung P ) offenbart eine auf einer schraubenförmigen Bahn verlaufende Ausgangsbewegung; die US-Patentanmeldung Ser. Nr. 904 207 (deutsche Patentanmeldung P ) beschreibt eine Vorrichtung, die einen auf einer schraubenförmig-elliptischenThe utility of the present invention is pending in others Patent applications further explained. U.S. patent application Ser. No. 904 204 (German patent application P) shows a transmission output which runs on an elliptical path; the US patent application Ser. No. 904 206 (German patent application P) discloses one running on a helical path Exit movement; U.S. patent application Ser. No. 904 207 (German patent application P) describes a device the one on a helical-elliptical

909846/0820909846/0820

A 43 330 m L 9 I 8 J 9 4A 43 330 m L 9 I 8 J 9 4

m - 168 - 25 -m - 168 - 25 -

20. April 1979April 20, 1979

Bahn verlaufenden Ausgang erzeugt; die US-Patentanmeldung Ser. Nr. 904 203 (deutsche Patentanmeldung P ) zeigt Kraftübertragungsmittel, die ein als Baustein ausgebildetes Kardangetriebe mit einer Ausgangseinrichtung verbinden und in der US-Patentanmeldung Ser. Nr. 904 205 (deutsche Patentanmeldung P ) ist eine aus einzelnen Bausteinen zusammengesetzte Nähmaschine beschrieben, die eine Reihe von Kardangetriebemoduln mit entsprechenden Ausgangsvorrichtungen einschließt.Trajectory generated output; the US patent application Ser. No. 904 203 (German patent application P) shows power transmission means that are designed as a building block Connect cardan gears to an output device and in US patent application Ser. No. 904 205 (German patent application P) describes a sewing machine composed of individual components, which includes a number of gimbal modules with corresponding output devices.

9846/08 2 Ö9846/08 2 Ö

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Claims

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HÖGER - LEGAL RIGHT - GRiESSBACH - HAECKER ßOEHME!

PATENTAN Λ AL Γ SIN- 3 TU Ti "GARi

A 43 330 m Applicant: Union Special Corporation

m - 163 400 North Franklin Street

April 20, 1979 Chicago, Illinois 60610

UNITED STATES.

Patent claims:

1. Sewing machine with housing and cardan gear for conversion the rotary movement of a cantilevered drive shaft into a straight movement of a tool, in particular a needle, characterized in that the cardan drive (20) comprises the following features:

a main bearing (16) for the drive shaft (14); a pinion gear (17) with a cantilevered pinion shaft mounted in bearings (32, 34) on the drive shaft (14) (36) and one with. a stationary internal ring gear (24) meshing pinion rotatably mounted on the pinion shaft (22);

force-transmitting connecting means (44, 64) between Pinion shaft (36) and tool (42); first balancing means (46) for transmitting forces the pinion shaft (3 6) in such a way that the center of mass of all of the gear parts supported by the bearings (32, 34) lies on the center line (41) of the pinion shaft, and

second balancing means (86, 88) for transmitting forces on the drive shaft (14) such that the main bearing (16) essentially free of moment and load vectors is.

2. Sewing machine according to claim 1, characterized in that the drive shaft (14) in a cantilevered frame part (18) extended and the pinion gear (17) in this Frame part is mounted by means of the bearings (32, 34).

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3. Sewing machine according to claim 1 or 2, characterized in that the frame part (18), pinion gear (17) and tool (42) existing assembly statically and dynamically with respect to the center of gravity (15) of the main bearing (16) of the drive shaft (14) is balanced.

4. Sewing machine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the pinion gear (17) and tool (42) through a mass (46) acting as a counterweight are balanced, the lever arm of which is greater than half the pitch circle diameter of the pinion (22).

5. Sewing machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the mass (46) serving as a counterweight is smaller than that of the inertia force to be balanced causative mass is.

6. Sewing machine according to one of the preceding claims, characterized in that through the free end (40) of the A connecting arm (44) runs through the pinion shaft (36), one end of which is connected to the tool (42) and the other end to the counterweight mass (46).

7. Sewing machine according to one of the preceding claims, characterized in that the pinion gear (17) is telescopic is enclosed in a cavity (28) of the frame part (18).

8. Sewing machine according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting arm (44) is perpendicular is attached protruding from the pinion shaft (3 6).

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9. Sewing machine according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the Center line (41) of the pinion shaft (36) and the counterweight mass (46) considerably greater than the distance between this line (41) and the starting center point (147) provided on the connecting arm (44).

10. Sewing machine according to claim 9, characterized in that the counterweight mass (46) is considerably smaller than that Tool mass is.

11. Sewing machine according to one of the preceding claims, characterized in that the bearings (32, 34) of the pinion shaft (36) have a considerably smaller diameter than the frame part (18).

12. Sewing machine according to one of the preceding claims, characterized in that the bearings of the cardan drive Oil distribution means (68, 70, 72, 74, 76, 78) are assigned.

13. Sewing machine according to one of the preceding claims, characterized in that the pinion shaft (36) is axial is held in the bearings (32, 34) by a thrust washer (80).

14. Sewing machine according to one of the preceding claims, characterized in that the center line (41) of the pinion shaft (36) runs parallel and laterally offset to the center line (43) of the drive shaft (14) in such a way that When the drive shaft (14) rotates, the bearings (3 2, 34) of the pinion shaft (3 6) are subject to constant torque and load

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vector are subject, and that the second balancing means (86, 88) so attached to the drive shaft (14) are that the center of mass of the parts carried by the drive shaft (14) is on the center line

(43) so that the main bearing (16) is generally load-bearing and is moment-free and no variable forces and vibrations based on them reach the machine frame.

15. Sewing machine according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting arm (44) is a Bearing (54, 56) is provided for a pin (64, 65) connected to the tool (42).

16. Method for balancing a cardan drive according to a of the preceding claims, characterized by the following process steps:

the bearings (32, 34) and the pinion shaft (36) mounted in them with all parts (44) attached to them, on the one hand, and the cardan drive, on the other hand, are treated as units to be balanced independently of one another;
the pinion shaft (36) and all parts attached to it

(44) are balanced so that the bearings (32, 34) of the pinion shaft one moment and one substantially are subjected to zero load vectors;

the bearings (32, 34)) and the pinion shaft (36) with all parts (44) attached thereto are relative to the Cardan drive brought into position; the drive shaft (14) of the cardan drive (20) is in Circulation offset and the acting on the main bearing (16), constant load and moment vector is determined and

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at least one balancing mass (86, 88) is attached to the drive shaft (14) in such a way that the main bearing (16) is essentially a zero load vector and is subject to a moment equal to zero.

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