DE2918447A1 - Naehmaschine - Google Patents

Description

A 43 329 m Anmelder: Union Special Corporation

m - 168 400 North Franklin Street

19. April 1979 Chicago, Illinois 60610

U.S.A.

Beschreibung Nähmaschine

Die Erfindung betrifft eine Nähmaschine mit mehreren, wenigstens eine Nadel einschließenden Stichbildemitteln.

Allgemein bezieht sich die Erfindung auf eine Antriebsvorrichtung zur Bewegung eines Werkzeuges auf einer elliptischschraubenförmigen Bahn. Insbesondere hat es die Erfindung mit einer Nähmaschine zu tun, und zwar mit einer Vorrichtung zum Antrieb eines oberen Greifers auf einer hin- und hergehenden, elliptisch-schraubenförmigen Bahn, um einen Stich der Klasse 500 (USA-Norm) herzustellen.

Die gegenwärtig zur Ausbildung eines Stiches der Klasse erforderlichen Elemente umfassen eine Nadel, einen unteren und einen oberen Greifer. Diese Elemente wirken in vorbestimmter Weise miteinander zusammen und bilden den gewünschten 500-Stich aus. Zur Erläuterung ist in Fig. 9 bis 12 kurz die Bildung des an sich bekannten Stichtyps 504 dargestellt, bei der ein unterer Greifer 502 einen Faden von links nach rechts transportiert. Während seines nach rechts gerichteten Laufes wird Faden von seiner Rückseite her durch einen oberen Greifer 504 aufgenommen, der sich dann über eine besondere Bahn hinweg bewegt und mit einer Nadel 500 zusammenwirkt. Diese Bahn kann beispielsweise wendel- oder schraubenförmig sein oder die Gestalt eines mit sei-

§09846/0820

-5-

A 43 329 m . 9 Q 1 Q / / "7

ία - 168 - 5 - ^y 1844 /

19. April 1979

ner Oberseite nach unten gekehrten "J" haben, so daß der Faden auf der Rückseite des oberen Greifers 504, wie in Fig. 11 dargestellt, dem Eingriff der Nadel 500 dargeboten ist. Dieses Darbieten des Fadens findet in der Weise statt, daß der vom oberen Greifer 504 mitgenommene Faden in Kombination mit einem zu vernähenden Stoffteil 506 ein Dreieck bildet, durch welches die Nadel hindurch verläuft. Wegen einer vollständigen Erläuterung der Ausbildung eines Stiches des Typs 504 wird verwiesen auf "Stitch Formation Type 504" veröffentlicht von Union Special Corporation, 400 N.Franklin Street, Chicago, Illinois 60610.

Wenn die Größe dieses Dreiecks nicht über einen bestimmten Bereich hinweg eingestellt werden kann, wird die Einjustierung der Nähmaschine äußerst kritisch, da alle Elemente genau aufeinander abgestimmt arbeiten müssen. Wenn von dem oberen Greifer der Nadel lediglich ein sehr kleines Dreieck dargeboten wird, müssen Nadel und Greifer ganz präzise einjustiert sein oder die Wahrscheinlichkeit, daß Stiche ausgelassen werden, wächst erheblich. Verschiedene Mittel wurden bereits ausprobiert, um die Größe dieses Dreiecks oder "Fensters" zu vergrößern. Meistens erwiesen sich diese Mittel jedoch nicht als vollkommen befriedigend.

Gemäß der Erfindung wird eine Anordnung vorgeschlagen, welche die Spitze des Greifers hin und her über eine elliptischschraubenförmige Bahn antreibt. Die Greiferspitze nimmt auf diese Weise den Faden von der Rückseite des unteren Greifers auf, schraubt sichüber einen bestimmten, elliptisch-schraubenförmigen Weg zum Zwecke des Zusammenwirkens mit der Nadel nach oben und kehrt dann auf einer verschiedenen, elliptischschraubenförmigen Bahn wieder in ihre Ausgangsstellung zurück. Die Greiferspitze vollführt dabei eine sogenannte "Aus-

909846/0828

-6-

t^A3Al⁹ⁿ , 29184A7

m — ι öS — 6 —

19. April 1979

weichbewegung". Diese "Ausweichbewegung", die auch in einer gleichzeitig anhängenden Patentanmeldung beschrieben ist, ermöglicht es, daß das vorerwähnte dreieckige, der nach unten gehenden Nadel dargebotene Fenster in erheblichem Maße vergrößert werden kann. Zumindest ist der Bedienungsperson die Möglichkeit gegeben, das Dreieck über einen weiten Bereich hinweg einzustellen.

Bestandteil der Erfindung ist ein Kardangetriebe, dessen Ausgangsmittelpunkt sich auf einer elliptischen Bahn bewegt. Eine Greiferstange ist derart in einem Lager gehalten, daß lediglich eine Rotations- und Translationsbewegung ermöglicht ist. Die Translationsbewegung der Greiferstange verläuft in einer geradlinigen Bahn, die gegenüber der großen Achse der Ellipse, auf welcher der erwähnte Ausgangsmittelpunkt des Kardangetriebes umläuft, schräg oder windschief verläuft. Kraftübertragende Verbindungsmittel verbinden den Ausgangsmittelpunkt und die Greiferstange miteinander, so daß die Rotations- und Translationsbewegung zwischen diesen Teilen übertragen werden kann. Auf diese Weise durchläuft die Spitze des mit der Greiferstange verbundenen Greifers eine Bahn, die sich aus einer Ellipse und einer schraubenförmigen Kurve zusammensetzt. Die Bahn umfaßt dabei eine volle Ellipse, jedoch lediglich einen Teil der vollständigen Schraubenkurve. Dies veranlaßt den Teil des Greifers, der den Faden trägt, sich auf einem ersten Bahnstück schraubenförmig zu bewegen, aber auf einem anderen Bahnstück in seine Ausgangsstellung zurückzukehren.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit deren Hilfe einem Werkzeug eine elliptisch-schraubenähnliehe Bewegung erteilt werden kann.

909846/0828

-7-

m - 168 - 7 -

19. April 1979

Die Aufgabe wird durch folgende Merkmale gelöst: ein einen kreisförmig rotierenden Eingang besitzendes Kardangetriebe, dessen Ausgangsmittelpunkt relativ zum Rollkreis- ' durchmesser eines Innenzahnkranzes verschoben ist und sich infolgedessen auf einer elliptischen Bahn bewegt; eine relativ zum Kardangetriebe derart gelagerte Stange, daß sie lediglich Verschiebebewegungen entlang ihrer und Drehbewegungen um ihre Längsachse ausführen kann, wobei die Längsachse zur großen Achse der elliptischen Bahn windschief oder schräg verläuft;

ein mit der Stange verbundenes Werkzeug und kraftübertragende Verbindungsmittel zwischen Ausgangsmittelpunkt und Stange zur übertragung von Verschiebe- und Drehkräften.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung bestehen in folgendem: Es wird ein ausgewuchteter Antriebsmechanismus für den Antrieb eines der Ausbildung eines Stiches des Typs 504 dienenden, oberen Greifers vermittelt, wobei die Greiferbahn elliptische und schraubenförmige Bewegungsteile umfaßt- Der Greifer, welcher der Ausbildung eines Stiches der Klasse 500 dient, vollführt dabei eine "Ausweichbewegung". Die kraftübertragenden Verbindungsmittel des Kardangetriebes treiben den als Werkzeug " dienenden Greifer auf einer elliptischschraubenförmigen Bahn an.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche und schematische Ansicht einer Nähmaschine, in welcher ein oberer Greifer durch ein

909846/0828 -8-

ItI — 168 — ο —

19. April 1979

als Baustein ausgebildetes Kardangetriebe angetrieben ist;

Fig. 2 eine horizontale Teilschnittansicht des Kardangetriebebausteins und der Anordnung des oberen Greifers;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Bewegungsbahn des Mittelpunkts eines Gleitzapfens und der entsprechenden Bahn, die von der Spitze des oberen Greifers durchlaufen wird;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Bewegungsbahn des Mittelpunkts des Gleitzapfens und derjenigen Bewegungsbahn, die von der Greiferstange durchlaufen wird, wenn sich diese entlang ihrer Längsachse bewegt;

Fig. 5, 6 und 7 Teilansichten der Beziehungen der kraftübertragenden Verbindungsmittel am Ausgang des Kardangetriebes zur Greiferstange in verschiedenen Punkten des Arbeitszyklus;

Fig. 8 eine Modelldarstellung verschiedener auf das System während eines Arbeitszyklus einwirkender Faktoren und

Fig. 9 bis 11 Teilansichten der Ausbildung einer an sich bekannten Form des Stiches 504.

In Fig. 1 ist stilisiert eine Nähmaschine 200 dargestellt. Eine Reihe von jeweils als Kardanantrieb ausgebildeten Bausteinen dient dazu, diejenigen Elemente anzutreiben, die mit-

909846/0828 -9-

m - 168 - 9 -

19. April 1979

einander bei der Ausbildung beispielsweise eines 504-Stiches zusammenwirken. Zu diesen Elementen gehört das einen unteren Greifer antreibende, in Form eines Bausteins 202 vorliegende Kardangetriebe, der den Nadelantrieb besorgende Kardangetriebebaustein 204 und der Kardangetriebebaustein 206 zum Antrieb eines oberen Greifers. Die einzelnen Kardangetriebebausteine sind jeweils einander ähnlich ausgebildet mit Ausnahme des jeweils getroffenen Auswuchtgrades. Im Hinblick auf eine vollständige Diskussion der bei dem der Nadel zugeordneten Kardangetriebebaustein 204 angewandten Auswuchttechnik wird auf die US-Patentanmeldung Ser. Nr. 908 {deutsche Patentanmeldung P ) verwiesen. Die Kardanbausteine 202 und 204 sind im wesentlichen die gleiche, wobei im einen Fall anstatt einer Nadel der untere Greifer vorgesehen ist.

Ein Teil des dem oberen Greifer zugeordneten Kardangetriebebausteins 206 ist in Fig. 2 dargestellt. Der Baustein umfaßt das eigentliche Kardangetriebe 208 mit einem Ausgangs-Verbindungsarm 210, der einen Ausgangsmittelpunkt 212 aufweist. Kraftübertragende Verbindungsmittel 214 verbinden den Ausgangsmittelpunkt 212 mit einem Hebelgestänge, welches bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung als Greiferstange 216 ausgebildet ist.

Das Kardangetriebe 208 weist einen Gestellteil 18 in Gestalt einer erweiterten Verlängerung einer Hauptantriebswelle 14 des Getriebes auf, die ihrerseits frei tragend in einem Hauptlager 16 drehend abgestützt ist. Der Gestellteil 18 ist so gestaltet, daß er ein Ritzelgetriebe 17 (Fig. 2) aufnehmen kann. Der Gestellteil 18 weist zu diesem Zweck einen horizontal verlaufenden Hohlraum 28 und einen Ausschnitt 30 auf.

909848/0828

-10-

A 43 329 m ?Q 1 Q / / 7

m - 168 - 10 - ^^y IÖ44 /

19. April 1979

Der Ausschnitt 30 ermöglicht das Eingreifen eines Ritzels 22 in einen Innenzahnkranz 24, der (ortsfest) innerhalb des Bausteins 206 des Kardangetriebes 208 angeordnet ist. Der Hohlraum 28 trägt ein Doppellager aus zwei Lagergarnituren 32 und 34 unterschiedlichen Durchmessers und damit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeiten. Dieses Doppellager dient der Lagerung einer Ritzelwelle 36. Das Ritzel 22 ist mittels einer Stellschraube 38 auf der Ritzelwelle 36 befestigt. Am linken Ende 4O der Ritzelwelle 36 ist der Verbindungsarm 210 fest angeordnet, welcher mit der Greiferstange 216 verbunden ist, so daß insgesamt ein freitragendes System geschaffen ist. Der Verbindungsarm 210 verbindet weiterhin eine Masse 46 mit der Ritzelwelle 36, wobei diese Masse auf diese Welle eine Kraft ausübt, so daß bei Auswuchtung um die Linie 41 herum· der auf das Doppellager einwirkende Lastvektor gleich Null ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Masse 46 als Gegengewicht ausgebildet, welches durch einen Stift 48 am Arm 210 befestigt ist. Der Verbindungsarm 210 weist weiterhin einen Gewindeabschnitt 50 auf, auf den eine Spannschloßmutter 52 aufgeschraubt ist. Der Verbindungsarm wird durch eine öffnung 51 der Ritzelwelle 36 eingeführt, wonach die Mutter 52 die Einzelteile in vorbestimmter Position fest zusammenspannt. Der Arm 210 ist weiterhin in der Nähe seines oberen Endes mit einer öffnung 54 versehen. In dieser öffnung sind die kraftübertragenden Verbindungsmittel 214 angeordnet.

Die Greiferstange 216 ist durch ein Lager 218 derart geführt, daß sie lediglich Rotations- und Translationsbewegungen um bzw. entlang ihrer Längsachse 220, die durch den Stangenmittelpunkt verläuft, ausführen kann. Am Ende 217 der Greiferstange 216 ist ein fadentragender Greifer 232 angeordnet.

909846/0828

-11-

m - 168 - 11 -

19. April 1979

Wenn der Ausgangsmittelpunkt 212 des Kardangetriebes 208 gegenüber dem Rollkreisdurchmesser des Innenzahnkranzes 24 verschoben ist, durchläuft dieser Ausgangsmittelpunkt bekanntlich eine elliptische Bahn.

Die einzelnen Lagerstellen des Getriebes, nämlich das Hauptlager 16, das aus den Teilen 32 und 34 bestehende Doppellager und die Lagerfläche 56 in der öffnung 54 sind mit einem Öl- oder Schmiersystem versehen. Das öl tritt durch einen Hauptkanal 68 unter Druck ein und verteilt sich hierauf über verschiedene Hilfskanäle zu jeder Lagerstelle. Die Lagergarnitur 32 empfängt das öl über einen Kanal 70, das. Hauptlager 16 über Kanäle 72 und 74, die Lagergarnitur 34 über den Kanal 72 und einen Kanal 76 und die Kraftübertragungsmittel über den Kanal 72 und einen weiteren Kanal 78. Im Zusammenhang mit diesem ölsystem kann eine ölpumpanlage Verwendung finden, wie sie im Zusammenhang mit Industrienähmaschinen an sich bekannt ist.

Die Ritzelwelle 36 ist durch eine Druckscheibe 80 am Platz gehalten. Ein äußerer Laufring 82 der Lagergarnitur 32 liegt auf der einen Seite und der Gestellteil 18 auf der anderen Seite der Druckscheibe 80 an und halten diese fest. Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung besteht die Druckscheibe 80 aus einem Material, welches von der Firma DuPont Corporation unter dem Handelsnamen "Vespel" hergestellt und vertrieben wird. Die Druckscheibe 80 vermittelt eine im wesentlichen reibungsfreie Abstützfläche für das Ritzel 22, so daß die Ritzelwelle und die mit ihr verbundenen Teile bezüglich der Rahmenanordnung fixiert sind.

Die Figuren 3 und 4 zeigen die allgemeine Bewegung des Aus-

9 09846/0828

-12-

A 43 329 m

m - 168 - 12 -

19. April 1979

gangsmittelpunktes 212, wenn dieser außerhalb des Rollkreisdurchmessers des Innenzahnkranzes liegt. Der Rollkreis ist mit 221 bezeichnet. Wenn der Ausgangsmittelpunkt 212 innerhalb oder außerhalb des Rollkreises 221 des Innenzahnkranzes 24 liegt, durchläuft er bekanntlich eine elliptische Bahn. Es werde angenommen, daß diese Bahn der Ellipse 222 entspricht, deren große Achse mit 224 bezeichnet ist. Die geradlinig verlaufende, große Achse 224 liegt, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, in einer Ebene, die im Abstand und parallel von einer Ebene verläuft, in welcher eine gerade Linie 220 liegt. Es werde angenommen, daß die letztere Ebene die XY-Ebene ist und der Zeichnungsebene entspricht. Dies bedeutet, daß die gerade Linie 224 in einer ersten Ebene liegt, die im Abstand parallel zu einer zweiten Ebene verläuft, in welcher die gerade Linie 220 liegt. Aus Fig. 3 und 4 ergibt sich, daß die Gerade 220 in der zweiten Ebene bezüglich der Geraden 224 schräg oder windschief verläuft.

Wegen der Anordnung der kraftübertragenden Verbindungsmittel zwischen Greiferstange 216 und Ausgangsmittelpunkt 212 können zwischen diesen Teilen Kräfte übertragen werden. Wenn sich daher der Ausgangsmittelpunkt 212 auf der Ellipse 222 bewegt, wird eine translatorische Kraft auf die Greiferstange 216 übertragen, die diese zu einer Verschiebebewegung entlang der Geraden 220 veranlaßt. Zusätzlich gleitet dabei ein Gleitzapfen 226 in einer Kugel 228, die ihrerseits drehbar in einer Lagerbüchse gelagert ist, so daß auch eine drehende Kraft übertragen wird. Die Rotationskraft, die im allgemeinen etwa der Hälfte der Länge der Linie 230 entspricht, wird der Greiferstange 216 mitgeteilt. Dies bedeutet, daß die Greiferstange 216 über eine Distanz hinweg verdreht wird, die gleich der halben kleinen Achse der Ellipse 222 ent-

909846/0828 _₁₃_

A 43 329 m O Q 1 Q / / "7

m - 168 - 13 - ^9 Ί 8447

19. April 1979

spricht. Die der Greiferstange 216 mitgeteilte Translationsbewegung ist etwas kürzer als die Länge der Linie 224.

Ein Punkt auf der Oberfläche der Greiferstange 21 6 wird daher transversal verschoben und gleichzeitig verdreht. Ein mit der Greiferstange 216 verbundener Greifer 232 bewegt sich daher auf einer allgemein elliptisch-schraubenförmigen Bahn entsprechend der Linie 234 in Fig. 3. Die Bahn 234 wird bei der hier in Rede stehenden Ausführungsform der Erfindung von der Spitze 236 des Greifers 232 durchlaufen. Die Bahn 234 umfaßt eine volle Ellipse in Kombination mit einem Teil einer Schraubenkurve oder Wendel. Dies bedeutet, daß die Spitze 236 etwa durch eine vollständige ellipsenähnliche Kurve läuft, jedoch durch lediglich etwa das erste Drittel oder dergleichen einer vollständigen Schraubenkurve. Die Steigung und der Durchmesser der besonderen Schraubenkurve ist durch den WinkelΘ bei 231 bestimmt. Dieser Winkel bestimmt das Ausmaß, in dem die Gerade 224, d.h. die größere Achse der vom Ausgangsmittelpunkt 212 durchlaufenen Ellipse, bezüglich der Linie 220 schräggestellt ist, wobei die Linie 220 von der Greiferstange 21 6 durchlaufen wird. Die Schrägstellung kann beispielsweise 28° - 5° betragen. Der elliptische Teil der Bahn 234" entsteht dadurch, daß der Ausgangsmittelpunkt 212 gegenüber dem Rollkreisdurchmesser des InnenZahnkranzes 24 versetzt ist. Dabei bestimmt der nach außen oder innen gerichtete Abstand des Ausgangsmittelpunkts vom Rollkreisdurchmesser die Größe der Ellipsenachsen.

Es wird nun wieder Bezug genommen auf die Figuren 9 bis 12, in denen die Bildung des Normstiches 504 dargestellt ist. In Fig. 3 ist die Bahn des unteren Greifers 203 allgemein durch die Linie 240 repräsentiert. Der auf dieser Linie verschobene

909846/0828 -14-

m - 168 - 14 -

19. April 1979

Greifer arbeitet rait der Spitze 236 des Greifers 232 zu Beginn des Arbeitszyklus allgemein im Bereich 242 zusammen. Die Greiferspitze 236 läuft dabei an der Rückseite des unteren Greifers 203 vorbei. Die Spitze 236 des oberen Greifers setzt alsdann ihren Weg nach links hin fort, bis sie das Ende ihres Hubes im Punkt 244 erreicht. In einer einer "Ausweichbewegung" ähnlichen Weise kehrt alsdann die Spitze 236 entlang der Kurve 234 zurück, und schafft dabei ein größeres Fenster oder Dreieck für den Durchtritt der Nadelspitze, die sich allgemein vorzugsweise geradlinig entlang der die Nadelbahn repräsentierenden Linie 246 hinter dem Körper des Greifers 232 bewegt. Wie sich aus den Figuren 9 bis 12 ergibt, werden, falls die Spitze 236 des Greifers 232 über denselben. Weg hin- und zurückläuft, der maximalen Größe des zu öffnenden Fensters bestimmte Beschränkungen auferlegt. Wenn jedoch, wie hier beschrieben, die Greiferspitze 236 über ein erstes Bahnstück hinläuft, welches dem ersten Schenkel einer schraubenförmig-ellipsenähnlichen Kurve entspricht, und anschließend über ein zweites Bahnstück zurückkehrt, welches dem zweiten Schenkel der schraubenförmigellipsenähnlichen Kurve entspricht, ist es möglich, die Größe des Fensters oder Dreiecks erheblich zu steigern. Auf diese Weise kann ein System geschaffen werden, welches eine größere Einstelltoleranz ermöglicht. Dies bedeutet, daß die verschiedenen Einzelteile, welche die Nadel, den unteren Greifer und den oberen Greifer antreiben, mit mäßigeren Toleranzen hergestellt werden können, aber immer noch eine Gesamtkombination bilden, welche die Ausbildung eines ordnungsgemäßen Stiches ermöglicht. Zusätzlich schafft das größere Dreieck einen Toleranzgrad im System, der auch eine bestimmte Nadelverbiegung oder dergleichen zuläßt und immer noch zu einem ordnungsgemäßen Stich führt.

909846/0828 -15-

m - 168 - 15 -

19. April 1979

Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen die Beziehungen zwischen der Greiferstange 216 und dem Verbindungsarm 210, der die kraftübertragenden Verbindungsmittel 214 trägt. Die in Fig. 5 dargestellte Position entspricht der Position "A" in Fig. 4. Fig. 6 entspricht der Position "D" und "B", während Fig. 7 "C" entspricht. Es ist ersichtlich, daß der Gleitzapfen 226, der mit der Greiferstange 216 fest verbunden ist, in der Kugel 228 während eines vollständigen Arbeitszyklus vor und zurück gleitet. Die Kugel 228 ist dabei drehbar in ihrer Lagerbuchse gelagert.

Der Ausdruck "Auswuchtung", wie er im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Erfindung verwendet wird, bezeichnet diejenige Situation, in welcher Lastvektoren und Momente, die auf die Hauptlagergarnitur einwirken, eliminiert werden, um dies zu erreichen, werden die Lastvektoren und allgemein das Moment, dem die Ritzelwelle unterworfen ist, mit Bezug auf deren Achse ausgewuchtet. Dies bedeutet, daß das Ritzelgetriebe bezüglich der Lastvektoren ausgewuchtet und das Moment minimalisiert ist, und zwar um eine Linie herum, die durch den Mittelpunkt der Ritzelwelle verläuft. Wenn das Ritzelgetriebe innerhalb des Kardangetriebebausteins seine Funktion ausübt, werden hierdurch Lastvektoren erzeugt wie auch zusätzliches Drehmoment, und zwar aufgrund des auf das frei tragende System einwirkenden Zentrifugaleffekts. Diese konstanten Lastvektoren und das Moment werden anschließend bezüglich der Achse der Hauptwelle ausgewuchtet. Das Resultat hiervon ist die Eliminierung von Kraftvektoren und Momenten , die auf die Hauptlagerungen einwirken.

Der Ausdruck Lastvektoren, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die Richtung und Größe von Kräften, die in

809846/0828

m - 168 - 16 -

19. April 1979

den verschiedenen Systemen erzeugt werden. Sowohl dieser Ausdruck wie auch der Ausdruck Moment, welcher die Kraft bedeutet, die über einen Radius hinweg auf einen Drehpunkt einwirkt, werden in der üblichen, an sich bekannten Weise verwendet.

Eine Auswuchtung des als Baustein ausgebildeten Kardanantriebs wurde mit der Absicht betrieben, die Einflüsse von Trägheitskräften auf die Betriebseigenschaft des Systems minimal zu halten oder zu eliminieren. Es wurde gefunden, daß das Maß,"zu welchem unaufgelöste oder unausgeglichene Trägheits- · kräfte klein gehalten oder ausgeschaltet werden können, von der besonderen Bahn abhängt , über welche hinweg das Werkzeug durch seinen Antrieb geführt wird. Wenn die Trägheitskräfte im System nicht aufgelöst werden, kann ihre Anwesenheit zu fluktuierenden und zurücklaufenden Belastungen führen, welche ihrerseits eine gesteigerte Beanspruchung der Systemglie-

- 17 -

909846/0828

m - 168 - 17 -

19. April 1979

der und Stöße zwischen lose miteinander verbundenen Einzelteilen erzeugen könnten. Das Ergebnis hiervon wären höhere Geräuschpegel, stärkere Abnutzung und reduzierte Lebensdauer der belasteten Elemente.

Das Auswuchten des Systems kann von zwei verschiedenen Richtungen her angegangen werden. Der erste Anlauf erfolgt auf einer theoretischen Basis, wobei versucht wird, den Status der unaufgelösten Trägheitskräfte vorherzusagen und ihre Auflösungen vor der tatsächlichen Herstellung der Systemteile zu entwickeln. Ein zweites Verfahren verwendet die tatsächlich vorliegenden Systemteile und analysiert deren unaufgelöste Trägheitskräfte, welche auf Herstellungstoleranzen zurückgehen, beispielsweise mit Hilfe einer Auswuchtmaschine. Diese zweite Methode ist ersichtlich gut bekannt und braucht daher nicht weiter erörtert zu werden.

Wird die Auswuchtung auf theoretischer Basis durchgeführt, wird ein hypothetisches Modell eines Kardanantriebs entwickelt. In diesem besonderen Modell ist es aufgrund eines Verständnisses der unaufgelösten Trägheitskräfte möglich, eine vernünftige Auswahl der Lagermittel und Materialien sowie deren gegenseitige Zuordnung zu machen, um vernünftige Belastungspegel zu erhalten. Zusätzlich ist es möglich, die Massen der verschiedenen Elemente so zu proportionieren, daß sich Trägheitskräfte auflösen. Der erste Schritt in der Entwicklung des theoretischen Modells besteht darin, die Arbeitsweise und die Funktion des Kardangetriebesystems zu etablieren. Ein Kardangetriebe arbeitet spezifisch in einer dynamischen Weise und ist in der Lage, ein Ausgangselement oder Werkzeug entlang mehrerer, verschiedener Bewegungsbahnen anzutreiben. Solche Bahnen können beispielsweise von geradliniger, spira-

909846/0828 -18-

m - 168 _ 18 _

1 9. April 1979

liger, schraubenförmiger, ellipsenähnlicher Gestalt sein oder eine Kombination spiraliger, schraubenförmiger und elliptischer Bewegungsformen sein.

Daher wird vor der tatsächlichen Konstruktion die Bewegung des Werkstücks festgelegt und hierüber eine Entscheidung getroffen. Somit ist die geometrische Beziehung der Elemente des Kardanantriebs etabliert. Um die Entwicklung des mathematischen Modells zu erleichtern, werden besondere Annahmen über die physikalischen Eigenschaften des in Rede stehenden Systems gemacht. Zunächst werden alle Elemente des Mechanismus als starre Körper angenommen. Biegeeffekte werden im Hinblick auf ihre Einflüsse auf die Trägheitsauswuchtung als vernachlässigbar betrachtet. Zweitens wird angenommen, daß die natürliche oder Eigenfrequenz aller Elemente über der normalen Betriebsfrequenz des Kardangetriebemechanismus liegt. Drittens wird die Masse der verschiedenen mechanischen Komponenten zusammengefaßt. Somit braucht lediglich eine dynamische Analyse weniger, diskreter Punkte ausgeführt zu werden. Die Massenzusammenfassung besteht natürlich darin, daß die Massen aller Elemente als in ihrem Schwerpunkt konzentriert angenommen werden. Schließlich wird die Eingangswinkelgeschwindigkeit der Haupt- oder Eingangswelle konstant gehalten.

Die Einzelteile des Kardanantriebs werden in ihre Basisgruppen aufgelöst. Hierauf werden die dynamischen Trägheitskräfte der Hauptbasisgruppe analysiert. Diese Kräfte werden dann in der zweiten Basisgruppe überlagert und diese Gruppe wird dann ausgewuchtet. Die resultierenden Kräfte werden alsdann der dritten Basisgruppe überlagert, die dann als letzte ausgewuchtet wird. Wie in Fig. 8 dargestellt, schließt die erste

- 19 -

909846/0828

m-168 ~ 19 ~

19. April 1979

Basisgruppe die Greiferstange 550 und alles an ihr angeordnete Zubehör wie auch den Gleitzapfen 552 der Kraftübertragungsmittel 554 ein, welcher an der Greiferstange befestigt ist. Die zweite Basisgruppe umfaßt die kleine Kurbel oder Ritzelwelle 556 und alles mit ihr verbundene Zubehör. Die dritte Basisgruppe umschließt die Hauptkurbel- oder Hauptantriebsv/elle 508 und alle an ihr angeordneten Elemente. In jeder Basisgruppe werden die Massen derart zusammengefaßt, daß sie dieselben Trägheitseigenschaften wie in der tatsächlichen Gruppe behalten. All dies führt zu einem vereinfachten, theoretischen Modell eines Kardanmechanismus, in dem wenige, punktförmig zusammengezogene Massen mit bestimmten, gegenseitigen Lagebeziehungen den wirklichen Mechanismus repräsentieren. .

In Fig. 8 sind zwei räumliche, rechtshändige Koordinatensysteme eingerichtet, um die gegenseitigen Beziehungen der Basiskomponenten zu spezifizieren. Ein globales Koordinatensystem, als X¹- und Y'-System definiert,dient der Orientierung der Greifer- oder Ausgangsstange 550. Die Hauptantriebswelle 508 und die Ritzelwelle 556 hingegen werden bezüglich eines lokalen Koordinatensystems orientiert. Das lokale Koordinatensystem, als XYZ-System bezeichnet, liegt direkt auf dem globalen Koordinatensystem und kann um eine gemeinsame Achse rotieren, welches in Praxis die Z-Achse ist. Diese gemeinsame Z-Achse ist "auch die Drehachse der Hauptantriebswelle 508. Um die Spitze des Werkzeuges 501 über bestimmte Bewegungsbahnen, beispielsweise spiralige oder spiraligelliptische Bewegungsbahnen hinweg anzutreiben, ist es erforderlich, daß das lokale Koordinatensystem bezüglich des globalen Systems verdreht oder schräggestellt werden kann. Der Winkel 510 liefert ein Maß für diese Schrägstellung. Dies

- 20 -

909846/08 2 8

m - 168 - 20-

1 9. April 1979

bringt es mit sich, daß eine Koordinatentransformation benutzt wird, um von dem einen zum andern Koordinatensystem überzugehen. Beide Koordinatensysteme sind ortsfest und bewegen sich nicht bezüglich irgendweIcher Elemente des Kardangetriebes, wenn diese ihren Arbeitszyklus durchlaufen. Sowohl das globale als auch das lokale Koordinatensystem haben ihren Ursprung im Mittelpunkt 512 des Hauptlagers 514. Die interessierenden Ebenen, in denen verschiedene Basiskomponenten operieren, sind durch zwei Achsen eines gegebenen Koordinatensystems bestimmt.

Mit dem auf diese Weise festgelegten, theoretischen Modell können die mathematischen Gleichungen, welche dessen kinematische Eigenschaften bestimmen, entwickelt werden. Da die Trägheitskräfte der Greiferstange 550 und weiterer Komponenten in der ersten Basisgruppe nicht leicht in sich selber ausgewuchtet werden können, wird die Last auf die Ritzelwelle 506 übertragen. Der Punkt ihrer zusammengezogenen Masse ist bei 516 dargestellt. Wie sich weiterhin aus Fig. 8 ergibt, wird die Ritzelwelle durch drei zusammengezogene Massen 518, 520 und 522 und drei Punkte der Kraftwechselwirkung dargestellt. Diese Punkte der Kraftwechselwirkung entsprechen den beiden Lagern 536 und 538 des Doppellagers und dem Kraftübartragungsmittel 554. Die Trägheitslast der Greiferstange 500 wird über einen Punkt der Kraftwechselwirkung übertragen, nämlich das Kraftübertragungsmittel 554, und die beiden Lagerungen des Doppellagers simulieren die Abstützung für die kleine Kurbel- oder Ritzelwelle 556. Der Innenzahnkranz 524 wird in der kinematischen Analyse nicht als Kraftwechselwirkungspunkt betrachtet und dient lediglich als geometrische Zwangsbedingung für die Ritzelwelle 556. Da die Ritzelwelle 556 zwangsläufig freitragend gelagert ist und

- 21 -

909848/0828

A 43 329 m

m - 168 - 21 -

19. April 1979

auch wegen räumlicher Beschränkungen, ist es nicht einfach, die unaufgelösten Trägheitskräfte in zwei Ebenen auszuwuchten. Infolgedessen wird die mathematische Analyse der Ritzel- - welle in einer einzigen Ebene ausgeführt (statische Auswuchtung) . Dies ist eine parallel zu X und Y verlaufende Ebene, welche durch die zusammengefaßte Masse 520 des Gegengewichtes der Ritzelwelle geht. Die zusammengefaßten Massen des Doppellagers der Ritzelwelle und der Ritzelwelle selbst werden zunächst vernachlässigt, da sie auf der Drehachse liegen,, Drei kinematische Positionsbeziehungen können für die Punkte zusammengefaßter Massen 518 und 520 des Gegengewichts und des Verbindungsarms der Ritzelwelle 556 sowie für den Punkt 554 der Kraftwechselwirkung des Werkzeuges entwickelt werden. Diese drei Beziehungen definieren allein die Beziehung der unabhängigen Variablen (Kurbelwinkel 526) zu den abhängigen Variablen (Position der Punkte bezüglich der Hauptwelle) ■> Es ist eine weitere kinematische Positxonsbeziehung erforderlich. Die Rotationsbeziehung des Greifers mit Bezug auf die unabhängige Variable wird benötigt, um dieses Subsystem voll zu bestimmen. Der Winkel 528 definiert den Betrag dieser Rotation. Der Winkel 544 bestimmt das Winkelverhältnis zwischen der Ritzelwelle 556 und dem lokalen Koordinatensystem. Dieses Verhältnis ist aufgrund der Zwangsverbindung des Ritzels 546 mit dem Innenzahnkranz eine feste Beziehung.

Die erste Ableitung dieser vier Beziehungen liefert die Geschwindigkeit der betrachteten Punkte. Die zweite Ableitung liefert die Beschleunigungen dieser Punkte. Die Anwendung des zweiten Newton'sehen Gesetzes der Kinematik bestimmt dann sowohl die Größe und die Richtung der unaufgelösten Trägheitskräfte, die in dieser besonderen XY-Ebene der Ritzelwelle 556 v/irkan. Dabei werden alle Massen und die. entwickelten

- 22 -

e09848/0828

? 9 1 8 4 '■- 7

A 43 32 9 κι "^{J K l} '

m - 168 - 22 -

1 9. April 1979

geometrischen Beziehungen in allgemeiner Form angesetzt, so daß Veränderungen an jeder Variablen vorgenommen werden können mit dam Zweck, das System zu optimieren. Wenn die Summation der Trägheitskräfte konstant bleibt und die Summation der Momente um die Drehachse der Ritzelwelle über eine volle Umdrehung der Hauptwelle hinweg (3 60°) gleich Null ist, kann die Ritzelwelle 556 als statisch ausgewuchtet in der XY-Ebene betrachtet v/erden. Dies heißt, daß die Ritzelwelle 556 als um ihra Hauptachse herum als ausgewuchtet angesehen wird. Es ist zu beachten,, daß dann, wenn das Moment um die Ritzelwelle 556 gleich Null ist, die konstante, resultierende Vektorkraft radial um die Hauptwelle mit der Winkelgeschwindigkeit der Hauptwelle rotiert. Dies gestattet es, jene auf die Hauptwelle 508 wirkende Trägheitskraft dadurch auszuwuchten, daß man die (Segen-Auswuchtmasse 530 um 1 SO außer Phase einstellt und hierdurch ein Gleichgewicht der Kräfte und Momente mit Bezug auf das Hauptlager erhält.

Die Analyse der Trägheitslcräfte der Hauptwelle 508 erfolgt in zv/ei Ebenen (statische und dynamische Auswuchtung) . Die Hauptwelle und die zugehörigen Elemente sind durch drei punktförmig zusammengefaßte Massen 530, 532 und 534 sowie drei Punkte der Kraftwechselwirkung repräsentiert, nämlich Hauptlager 514 und die beiden Lagerungen 536 und 53 8 des Doppellagers. Der erste Schritt bei der Auflösung der Trägheitskräfte der Hauptwelle besteht darin, alle von der Ritzelwelle 556 herrührenden Kräfte auf die Punkte der Kraftwechselwirkung in den Lagerungen 536 und 538 des Doppellagers zu übertragen. Diese Kräfte wirken auf die Hauptwelle 503 in gleicher Größe, jedoch in entgegengesetzten Richtungen. Wenn alle (übertragenen und auf Trägheit beruhenden) Kräfte und Momente, die auf die Hauptwelle 508 in der Mitte 512 des Hauptlagers

- 23 -

909846/082S

Λ «32,,.

m - 168 - 23 -

19. April 1979

514 in zwei Ebenen wirken, gleich Null sind, kann die Hauptwelle sowohl statisch als auch dynamisch als ausgewuchtet angesehen werden. Da die übertragenen und auf Trägheit beruhenden Kräfte, welche auf die Hauptwelle 508 wirken, während eines Betriebszyklus der Hauptwelle konstant bleiben, braucht diese Welle nur in einer einzigen Position ausgewuchtet zu werden. Die Gegengewichtsmasse 530 der Hauptwelle kann unabhängig in den beiden Auswuchtebenen einjustiert werden. Diese beiden Ebenen sind die XY- und die YZ-Ebenen, die beide durch die Mitte des Hauptlagers verlaufen. Zur Verdeutlichung wird auf die orthographische Ebenendarstellung 540 in Fig. 8 hingewiesen. Dabei ist zu beachten, daß der Punkt 542 in die Zeichnungsebene hinein vorsteht.

Mehrere wichtige Aspekte ergaben sich als Ergebnis der Analyse. Zuerst ist zu beachten, daß die Masse eines Gegengewichtes, beispielsweise 520, reduziert und weiter von der Drehachse weg angeordnet werden kann, wobei diese immer noch ihr Trägheitsgleichgewicht beibehält. Diese Tatsache kann an der Ritzelwelle 556 dazu ausgenutzt werden, um die konstanten, resultierenden Trägheitskräfte auf ein kleineres Ausmaß zu reduzieren, wodurch die Belastung an den Lagerstellen des Doppellagers reduziert wird. Das Ergebnis hiervon ist eine längere Lebensdauer des Doppellagers und eine geringere Beanspruchung der zugehörigen Teile. Zweitens ergibt sich aus der Analyse, daß es offensichtlich nicht erforderlich ist, die Ritzelwelle in zwei Ebenen auszuwuchten. Vielmehr ist lediglich eine statische Auswuchtung notwendig. Der resultierende Auswuchtzustand an der Hauptwelle 508 ist der gleiche ohne Rücksicht darauf, ob die Ritzelwelle 556 dynamisch ausgewuchtet ist oder nicht.

- 24 -

909848/0828

Λ 43 329 m

m - 168 - 24 -

19. April 1979

Die voranstehende Analyse kann auf wenigstens vier verschiedene Werkzeuge und ihre zugehörigen Bahnen angewandt werden. Jede dieser verschiedenen Bahnen oder Bewegungen stellt ihre eigenen, besonderen Beziehungen und Probleme. Es muß jedoch festgehalten werden, daß eine geradlinige Bewegung getrennt von der elliptischen, spiraligen oder schraubenförmigen und schraubenförmig-elliptischen Bewegung betrachtet werden kann. So erfolgt beispielsweise bei geradliniger Bewegung des Werkzeuges die Auswuchtanalyse unmittelbar. Theoretisch kann ein Kardangetriebe, welches ein Werkzeug auf einer geradlinigen Bahn antreibt, vollständig dadurch ausgewuchtet werden, daß man die Gegengewichte der Ritzel- und Hauptwelle in geeigneter Weise auswählt. Mit Rücksicht auf unvermeidliche Herstellungstoleranzen etc. kann jedoch das theoretische Ergebnis nie vollkommen erreicht sondern lediglich angenähert werden. Die Auswuchtung der elliptischen, schraubenförmigen und schraubenförmig-elliptischen Ausgangsbewegungen erfolgt in der gleichen Weise wie bei geradliniger Bewegung. Es muß jedoch nicht nur, wie zuvor erläutert, das Werkzeug entlang der Längsachse der Greiferstange 550 hin- und herbewegt werden, sondern es muß auch um diese Achse herum verdreht werden (vergl. den Winkel 52 8 in Fig. 8 ). Dies verursacht ein Trägheitsdrehmoment, welches um die Längsachse der Greiferstange herum wirkt. Eine Auswuchtung in konventioneller Weise löst dieses Drehmoment nicht auf. Wenn der Drehwinkel der Greiferstange wächst, tut dies auch die" Größe des Trägheitsdrehmomentes.

Es wurde gefunden, daß durch Einjustierung der Gegengewichtsmasse 520 an der Ritzelwelle die Trägheitsunwucht reduziert oder eliminiert vjerden kann. Wenn beispielsweise das Werkzeug über eine elliptische Bahn hinweg angetrieben wird, ist es möglich, ein vollkommen ausgewuchtetes System zu erzielen.

- 25 -

809846/0828

m - 168 - 25 -

19. April 1979

Sowohl bei schraubenförmiger als auch schraubenförmigelliptischar Bahn ist ein größerer Drehwinkel des Werkzeugs erforderlich. In diesem Fall wird die Einjustierung der Gegengewichtsmasse zur Ritzelwelle dazu ausgenutzt, um die Größe der Kraftfluktuationen und Momentenrückläufe auf das kleine Ritzel auf ein Minimum zu reduzieren. Die Gesamtauswuchtung dieser beiden Ausgangsbewegungsformen kann nicht in der theoretisch an sich möglichen Vollkommenheit erfolgen. Sie kann jedoch auf ein akzeptables Niveau gebracht werden, so daß der gesamte Kardangetriebemechanismus in annehmbarer Weise arbeitet. In diesen beiden Ausgangsbewegungsformen kann eine Getriebeumkehr auf die Ritzelwelle eliminiert werden, wodurch eine Kontrolle der Stöße auf das Getrieberitzel möglich ist. Wenn das Gegengewicht der Ritzelwelle in dieser Weise behandelt wird,"erscheint die Ritzelwelle unausgewuchtet, wenn ein Versuch gemacht wird, sie um ihre Längsachse herum auszuwuchten. Wenn sie jedoch mit der gesamten Kardanantriebseinrichtung vereinigt ist, ist die Gesamtanordnung, sobald sie um das Hauptlager 514 herum ausgewuchtet ist, im optimalen Auswuchtzustand.

Das aus den Lagergarnituren 32 und 34 bestehende Lager der Ritzelwelle 36 ist im voranstehenden deshalb als "Doppellager" bezeichnet, weil diese Lagergarnituren im wesentlichen doppelt so schnell umlaufen, wie die Antriebswelle 14.

9Ö9846/Ö82S

Claims (1)

1. Patentansprüche :

   1. Nähmaschine mit mehreren, wenigstens eine Nadel einschließenden Stichbildemitteln, von denen eines durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

   ein einen kreisförmig rotierenden Eingang besitzendes Kardangetriebe (208), dessen Ausgangsmittelpunkt (212) relativ zum Rollkreisdurchmesser eines Innenzahnkranzes (24) verschoben ist und sieh infolgedessen auf einer elliptischen Bahn (222) bewegt;

   eine relativ zum Kardangetriebe derart gelagerte Stange (216) , daß sie lediglich Verschiebebewegungen entlang ihrer und Drehbewegungen um ihre Längsachse (220) ausführen kann, wobei die Längsachse zur großen Achse der elliptischen Bahn (222) windschief oder schräg verläuft;

   ein mit der Stange (216) verbundenes Werkzeug (232) und

   kraftübertragende Verbindungsmittel (214) zwischen Ausgangsmittelpunkt (212) und Stange (216) zur Übertragung von Verschiebe- und Drehkräften.

   2. Nähmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Greiferstange ausgebildete Stange (216) in einem ortsfesten Lager (218) geführt ist und als Werkzeug einen Greifer (232) trägt.

   3. Nähmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsmittelpunkt (212) des Kardangetriebes (208) außerhalb des Rollkreises (221) des Innenzahn-

   909846/0825 -2-

   ' -2- 2918A47

   19. April· 1979

   kranzes (24) l·iegt und der Winkel (©) zwischen der großen Achse der elliptischen Bahn (222) und der Längsachse (220) der Stange (216) zwischen 23° und 33° liegt.

   4. Nähmaschine nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (236) des Greifers (232) eine Bahn durchläuft, die ausgehend von einem Bereich unterhalb der Nadel nach oben derart verläuft, daß sie hinter der Nadel vorbei um die Nadelbahn (246) herum und vor dieser Bahn wieder zurückführt.

   5. Nähmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer (232) der Ausbildung eines Stiches der Klasse 500 (USA-Norm) dient und eine elliptisch-schraubenförmige Bahn durchläuft.

   6. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elliptische Bahn (222) des Ausgangsmittelpunktes (212) des Kardangetriebes (208) in einer ersten XY-Ebene liegt, daß die Längsachse (220) der Greiferstange (216) in einer zweiten parallel im Abstand von der ersten angeordneten XY-Ebene verläuft, und daß die vom Greifer durchlaufene Bahn in der XY-Ebene und der YZ-Ebene liegt.

   7. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsmittelpunkt (212) des Kardangetriebes (208) innerhalb des Rollkreises (221) des Innenzahnkranzes (24) liegt.

   8. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kardangetriebe (208) aus-

   909846/0828

   m - 168 - 3 - *°^{Ό ΙΟ4ί}* '

   19. April 1979

   gewuchtet ist und eine Ritzelwelle (36) mit Verbindungsarm (210) aufweist, auf dem der Ausgangsmittelpunkt (212) liegt,und daß die kraftübertragenden Verbindungsmittel (214) eine Lagerbuchse für eine Kugel (228) und einen in der Kugel verschieblichen, mit der Greiferstange (216) verbundenen Gleitzapfen (226) umfassen.

   909846/0828