Be sehre ibung
Die Erfindung betrifft einen trägheitsarmen Antriebsmechanismus zur variablen translatorischen Bewegung von einer Stoffeinspanneinrichtung.
Die Erfindung bezieht sich damit allgemein auf das Gebiet der Nähmaschinen und insbesondere auf Industrienähmaschinen
zur Durchführung spezieller Arbeitsvorgänge.
Sowohl Spezial- als auch allgemein verwendbare Nähmaschinen sind bekannt. Nähmaschinen für allgemeine Zwecke zeichnen
sich dadurch aus, dass sie grundsätzlich geradlinige Nähte anbringen, wobei jedoch Muster und dgl. mit derartigen Maschinen
dadurch geschaffen werden können, dass das Material in der gewünschten Weise zur Erzielung der gewünschten Naht von Hand
manipuliert wird. Derartige Maschinen können Einstelleinrichtungen,
die die Länge und andere Eigenschaften des Stiches bestimmen, aufweisen, obgleich all diese Maschinen für die
manuelle Führung und Handhabung des Materials ausgelegt sind. Ausserdem können diese Maschinen eine manuelle Steuerung des
Maschinenbetriebes zur Erzielung des gewünschten Endergebnisses haben.
Bei Maschinen für spezielle Zwecke wird der gewünschte Stich ohne eine begleitende manuelle Manipulation des Materials
auf halbautomatischem Wege erhalten. Gewisse Maschinen dieser Bauart werden als Hefter bezeichnet und können zum Nähen
von Taschen, Knopflöchern und dgl. verwendet werden, indem man das Material lediglich an einer bestimmten Ausgangsstellung
in Bezug auf die Nadel anordnet und die Nähmaschine in Betrieb setzt, wonach die Maschine das Material längs eines bestimmten
Weges zum Vorsehen der gewünschten Naht bewegt.
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Bekannte gewöhnlich in Einsatz befindliche Spezialmaschinen
haben gewisse unerwünschte Eigenschaften. Da sie nicht nur den Nähvorgang durchführen, sondern auch entsprechend gewissen
ifiusterbestiinmenden Einrichtungen variablen Mustern folgen müssen, sind derartige Maschinen im allgemeinen teuerer
als gewöhnliche Nähmaschinen und auf gewisse bestimmte Arbeitsvorgänge beschränkt. Sie können daher nicht für allgemeine
Nähzwecke verwendet werden. Mit solchen Maschinen ist daher eine erhebliche Investition in Anlagen verbunden, die nicht
für allgemeine Zwecke verwendbar sind. Dies kann nur für solche Fälle gerechtfertigt sein, wo eine ausreichende Verwendungsmöglichkeit
für derartige Maschinen vorliegt. Bei den bekannten Spezialmaschinen besteht die Einrichtung,die das
zu nähende Muster bestimmt, aus einem auswechselbaren Nockensystem, das im allgemeinen unter der Maschine angeordnet ist.
Daher muss für jedes einzelne von der Maschine zu nähende Muster ein spezieller Nocken angefertigt werden, der relativ
teuer ist. Ferner liegt das Nockensystem im allgemeinen innerhalb der mechanischen Teile der Maschine, so dass das Auswechseln
der Nocken von einem erfahrenen Mechaniker mit beträchtlichem Zeitaufwand vorgenommen werden muss. Damit verbunden
sind beträchtliche Mechanikerkosten sowie ein Ausfall der betreffenden Maschine während der Durchführung des Wechselvorganges
.
Es. besteht daher ein Bedarf nach einem System,mit dem sich
die Funktion einer Spezialmaschine vorzugsweise durch Vorsehen
einer Zusatzausrüstung an einer herkömmlichen· Maschine erzielen lässt, so dass Änderungen an dem Nähmuster ohne
weiteres von der Bedienungsperson nach Wunsch erzielt werden können, indem der Stoff fest erfasst wird, so dass er genau
längs des bestimmten Musters bewegt werden kann, wobei die Maschine für allgemeine Nähzwecke, wenn nicht für Spezialaufgaben
im Einsatz befindlich, verwendet werden kann. Bekannt ist es.
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herkömmliche Nähmaschinen zur Durchführung von speziellen Arbeitsvorgängen, die bislang nur durch Spezialmaschinen
erzielbar waren, umzurüsten. Ein Klemm- oder Einspannsystem hält den Stoff in einer Funktionslage relativ zur Nadel
der Nähmaschine und weist ein zweidimensionales Antriebssystem mit zwei orthogonalen Tischen auf, die die Stoffeinspanneinrichtung
und damit den Stoff längs eines bestimmten Musters bewegen, um automatisch Knopflöcher, Taschen und
dgl. zu nähen. Das zweidimensionale Antriebssystern wird
durch einen Schrittmotor betätigt, der beim Herausziehen der Nadel aus dem Material zur Wirkung kommt, um den Stoff schrittweise
zwischen den Stichzyklen zu bewegen, während der Stoff während der Zeitdauer, bei der der Stich angebracht wird,
in Ruhe verbleibt. Zu diesem Zweck ist an der Nähmaschine ein Sensor vorgesehen, der das Stoffbewegungssystern auf den
Nähmaschinenbetrieb synchronisiert. Der Sensor gibt an eine konventionelle logische Schaltung und ein Servosystem ein
Signal ab.
Industrienähmaschinen für Spezialzwecke arbeiten mit hohen Geschwindigkeiten, z.B. 3000 oder mehr Stichen pro Minute,
was erhebliche Anforderungen an das System zur Erzielung von Nähten mit hoher Qualität bedeutet. Versuche haben gezeigt,
dass keines der bekannten Einspann- und zweidimensionalen Antriebssysteme die hohen Systemanforderungen zur Erzielung
von Nähten mit hoher Qualität erfüllt,und zwar hauptsächlich deshalb nicht, weil die Konstruktion nicht ausreichend steif
ist und in dem System übermässige Trägheitskräfte auftreten. Die erheblichen Trägheitskräfte entstehen hauptsächlich aufgrund
des Umstandes, dass wenigstens einer der Antriebsmotoren an einem der orthogonalen Tische befestigt und der für die
Bewegung eines solchen Tisches erforderliche Motor schwer ist, indem er in der Regel mehr als 4,5 kg wiegt. Mit der Erfindung
werden die mit bekannten Einspann- und zweidimensionalen An-
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triebssystemen verbundenen Probleme beseitigt, indem die
Erfindung ein neuartiges Einspann- und trägheitsarmes zweidimensionales Antriebssystem vorsieht, bei dem keiner
der Antriebsmotoren an einem der orthogonalen Tische angebracht werden muss.
Der erfindungsgemässe trägheitsarme Antriebsmechanismus
zur variablen translatorischen Bewegung der Stoffeinspanneinrichtung, die den zu nähenden Stoff in Wirkbeziehung
zu der Nähmaschinennadel hält und führt, umfasst einen ersten steifen Tisch, der längs eines ersten geradlinigen
Weges auf einem ersten Paar feststehender Stangen verschiebbar gehalten ist, und einen zweiten steifen Tisch,
der unabhängig vom ersten Tisch, längs eines zweiten geradlinigen Weges, der senkrecht zum ersten geradlinigen Weg
steht, auf einen zweiten Paar feststehender Stangen verschiebbar gehalten ist. Der zweite Tisch weist ein Paar Querstangen
auf, von denen jeweils eine an einer Seite des zweiten Tisches senkrecht zum zweiten Paar feststehender Stangen
fest angebracht ist. Der Antriebsmechanismus umfasst ferner einen dritten steifen Tisch, der gleitbar an den Querstangen
gehalten ist, sowie eine Einrichtung, die die translatorische Bewegung des ersten Tisches auf den dritten Tisch überträgt,
so dass der dritte Tisch in einer Ebene parallel zu den Ebenen von erstem und zweitem Tisch in jeder beliebigen Richtung
bewegt werden kann. Das trägheitsarme Antriebssystem enthält ferner einen ersten stationären Motor, der nicht von
einem der Tische gehalten ist und dem ersten steifen Tisch die Hin- und Herbewegung verleiht. Ein zweiter ebenfalls
von- keinem der Tische gehaltener stationärer Motor bewirkt die Hin- und Herbewegung des zweiten steifen Tisches. Der
trägheitsarme Antriebsmechanismus umfasst ferner eine Einrichtung, die die Stoffeinspanneinrichtung mit dem dritten
steifen Tisch verbindet.
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ORIGINAL INJSPECTED
Durch die Erfindung wird ferner eine Stoffeinspanneinrichtung
zum Halten und Führen des zu nähenden Stoffes in Wirkbeziehung zu der Nadel einer Nähmaschine und zur Verwendung mit einem
Mechanismus zur translatorischen variablen Bewegung des Stoffes geschaffen. Diese Einspanneinrichtung umfasst eine
untere Tragkonstruktion, eine obere Tragkonstruktion, die starr mit der unteren Tragkonstruktion verbunden ist, und
eine untere flache Platte, die sich von der unteren Tragkonstruktion erstreckt und an ihrem inneren Bereich einen Ausschnitt
von einer Grosse und Formgebung aufweist, die etwas grosser als das zu nähende Muster sind. Des weiteren umfasst
die Einspanneinrichtung einen aufrechten oder senkrechten Abschnitt, der in vertikal gleitbarer Beziehung mit dem der
Nähmaschine nächstliegenden Ende der oberen Tragkonstruktion verbunden ist, sowie eine obere Spannplatte mit einem gabelförmigen
Abschnitt, der fest an dem aufrechten Abschnitt angebracht ist. Die obere Spannplatte weist ferner einen steifen
offenen Rahmen auf, der an zwei diagonal gegenüberliegenden Enden schwenkbar mit den Enden des gabelförmigen Abschnittes
verbunden ist, wobei die Öffnung im offenen Rahmen etwa die gleiche Grosse und Formgebung wie der Ausschnitt in der unteren
flachen Platte hat.
Zusammengefasst wird durch die Erfindung ein trägheitsarmer Antriebsmechanismus für die variable translatorische Bewegung
von einer Stoffeinspanneinrichtung geschaffen, die den zu nähenden Stoff in Wirkbeziehung zu der Nadel einer Nähmaschine
hält und führt. Der Antriebsmechanismus umfasst einen ersten steifen Tisch, der translatorisch längs eines ersten geradlinigen
Weges auf einem ersten Paar feststehender Stangen gehalten ist, und einen zweiten steifen Tisch, der translatorisch
unabhängig von dem ersten Tisch längs eines zweiten geradlinigen Weges, der senkrecht zu dem ersten geradlinigen Weg
steht, auf einem zweiten Paar feststehender Stangen beweglich
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gehalten ist. Der zweite Tisch trägt ein Paar Querstangen, von
denen jeweils eine starr an einer Seite des zweiten Tisches senkrecht zu dem zweiten Paar feststehender Stangen befestigt
ist. Der Antriebsmechanismus umfasst ferner einen dritten steifen Tisch, der an den Querstangen gleitbar angeordnet ist,
sowie eine Einrichtung, die die translatorische Bewegung
des ersten Tisches auf den dritten Tisch überträgt, so dass der dritte Tisch in einer Ebene parallel zu den Ebenen von
erstem und zweitem Tisch in jeder beliebigen Richtung bewegt werden kann. Der Antriebsmechanismus weist ferner einen ersten
stationären Motor zur Hin- und Herbewegung des ersten steifen Tisches und einen zweiten stationären Motor zur Hin- und Herbewegung
des zweiten steifen Tisches auf, wobei keinerder Motoren an einem der Tische angeordnet ist. Schliesslich besitzt
der Mechanismus eine Einrichtung, die die Stoffeinspanneinrichtung
mit dem dritten steifen Tisch verbindet.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Stoffeinspanneinrichtung
zum Halten und Führen des zu nähenden Stoffes in Wirkbeziehung zu der Nadel einer Nähmaschine, wobei die Einrichtung
mit einem Mechanismus zur variablen translatorischen Bewegung des Stoffes verwendet wird. Die Einspanneinrichtung umfasst
eine untere Tragkonstruktion, eine obere Tragkonstruktion, die starr mit der unteren Tragkonstruktion verbunden ist, und
eine untere flache Platte, die sich von der unteren Tragkonstruktion
erstreckt und an ihrem inneren Bereich einen Ausschnitt mit einer Abmessung und Formgebung etwas grosser als
das zu nähende Muster aufweist. Die Einrichtung umfasst ferner einen aufrechten Abschnitt, der in vertikal gleitbärer Beziehung
mit dem der Nähmaschine nächstliegenden Ende der oberen Tragkonstruktion verbunden ist, sowie eine obere Spannplatte
mit einem gabelförmigen Abschnitt, der an dem aufrechten Abschnitt fest angebracht ist. Die obere Spannplatte
enthält ferner einen steifen offenen Rahmen, der an zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken mit den Enden des gabel-
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förmigen Abschnittes schwenkbar verbunden ist, wobei die öffnung
in dem offenen Rahmen etwa die gleiche Grosse und Formgebung
wie der Ausschnitt in der unteren flachen Platte hat.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von einem erfindungsgemäss
aufgebauten träghe.itsarmen Antriebsmechanismus,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Nähmaschine, den trägheitsarmen Antriebsmechanismus und eine Stoffeinspanneinrichtung
nach der Erfindung,
Fig. 3 eine Vorderansicht der Nähmaschine,des trägheitsarmen
Antriebsmechanismus und der Stoffeinspanneinrichtung nach Fig. 2,
Fig. 4 eine vergrösserte geschnittene Ansicht längs der vertikalen durch die Schnittlinie 4-4 in Fig. 2
angedeuteten Ebene, und
Fig. 5 eine vergrösserte Seitenansicht der Betätigungseinrichtung für die Stoffeinspanneinrichtung.
Zur Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Fig. 3 der Zeichnung
zeigt den das allgemeine Bezugszeichen 10 tragenden trägheitsarmen Antriebsmechanismus sowie eine daran befestigte allgemein,
mit 12 bezeichnete Stoffeinspanneinrichtung zur allgemeinen Verwendung mit einer mit 14 angedeuteten Industrienähmaschine.
Die Nähmaschine 14 weist einen konventionellen Tisch 16, eine auf- und abgehende Nadel 18 sowie einen herkömmlichen Kopf,
Arm, Armständer und eine Antriebseinrichtung auf. Beim normalen
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Betrieb wird das zu nähende Material synchron zur Bewegung der Nadel 18 durch die gemeinsame Wirkung von einem unterhalb
der Nadel angeordneten und nach oben weisenden Eingriffselement und einem zweiten den Stoff nach unten an dem Eingriff
selement haltenden Element vorgeschoben.
Erfindungsgemäss spannt die Stoffeinspanneinrichtung 12
das Material und bewegt dieses in der gewünschten Weise in Bezug auf die Arbeit der Nadel. Die Stoffeinspannein—
richtung 12, die in Fig. 4 näher gezeigt ist, weist eine
untere flache Platte 22 mit einem an ihrem inneren Bereich ausgebildeten Ausschnitt 24 auf, der etwas grosser als das
zu nähende Muster ist. Die Einspanneinrichtung 12 umfasst ferner eine obere Spannplatte 26 mit einem gabelförmigen
Abschnitt 28 sowie einen steifen offenen rechteckförmigen Eahmen 30, der durch zwei Stellschrauben 32 mit Konusspitze
an zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken mit den Enden des gabelförmigen Abschnittes 28 schwenkbar verbunden ist.
Der offene Rahmen 30 ist daher frei schwenkbar lagemässig gehalten, so dass Stoffen mit unterschiedlicher Dicke
Rechnung getragen wird. Die Öffnung im steifen offenen Rahmen 30 hat etwa die gleiche Grosse und Gestalt wie der Ausschnitt
24 in der unteren flachen Platte 22. Von jeder der vier Seiten des steifen offenen Rahmens 30 erstrecken sich flexible
Kunststoffstreifen 34, die nach aussen abgebogen sind, nach unten. Das bevorzugte Material für die flexiblen Kunststoffstreifen
34 ist Mylar, eine von der Firma Dupont vertriebene Polyesterfolie.
Die Stoffeinspanneinrichtung 12 ist für leicht gängigen Betrieb
durch eine druckluftbetätigte Zylinderanordnung 36 ausgelegt, die mittels Druckluft automatisch die Einspanneinrichtung
öffnen und schliessen kann.
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Nachfolgend wird auf den trägheitsarmen Antriebsmechanismus 10, der eine variable translatorische Bewegung der Einspanneinrichtung
12 hervorruft, näher eingegangen. Der trägheitsarme Antriebsmechanismus 10 ist am besten in Fig. 1 zu sehen.
Danach umfasst er einen ersten steifen Tisch 38 und einen zweiten steifen Tisch 40, die identische leichte, jedoch extrem
steife Aluminiumgusstücke darstellen. An jedem Gusstück sind vier Linearkugellager 42 angesetzt. Der erste steife Tisch
38 ist längs der X-X-Achse auf einem ersten Paar feststehender Stangen 44, die sich durch die Lager 42 erstrecken, verschiebbar
gehalten, während der zweite Tisch 40 unabhängig vom ersten Tisch 38 längs der Y-Y-Achse verschiebbar auf
einem zweiten Paar feststehender Stangen 46, die sich durch diebetreffenden
Lager 42erstrecken, angeordnet ist. Der Bewegungsweg des ersten Tisches 38 steht daher senkrecht zum Bewegungsweg des zweiten Tisches 40. Die lineare Vor- und Rückbewegung
von jedem Tisch 38 und 40 erfolgt durch ein vorgespanntes positives Antriebssystem 48 aus Kabel und Rolle, das durch
einen stationären Servomotor 50 mit schrittweiser Drehfähigkeit betrieben wird. Dabei ist es für einen erfolgreichen
Einsatz der Erfindung wichtig, dass keiner der Motoren an irgendeinem der steifen Tische befestigt ist. Anderenfalls
würde das System zu träge werden und könnte das Anbringen hochwertiger Nähte nicht realisiert werden.
Der zweite steife Tisch 40, d.h. derjenige, der sich parallel zur Y-Y-Achse bewegt, hat zusätzlich ein Paar Stangen 52, die
jeweils in Querrichtung liegend oberhalb des Tisches durch vier Halterungen 54 starr befestigt sind, so dass zwischen
den Stangen 52 und dem Tisch 40 für die Y-Y-Bewegung keine Relativbewegung vorliegt.
Der erste steife Tisch 38, der sich parallel zur X-X-Achse bewegt, trägt eine flache Führungsleiste 56, die quer an
einer Seite des Tisches durch zwei Stützen 3t lest aus Tisch
angebracht ist, so dass zwischen der führungsleiste 56 und
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- 15 dem ersten steifen Tisch 38 keine Relativbewegung vorliegt.
Ein dritter steifer Tisch 60 im Antriebsmechanismus 10 hat die Aufgabe, die Bewegung der ersten beiden steifen Tische
38 und 40 in eine resultierende Richtung zu überführen. Dieser dritte überführende steife Tisch 60 ist ein leichtes,
jedoch steifes Aluminiumgusstück mit vier daran angesetzten
Linearkugellagern 62, die auf zwei starr befestigten Querstangen
52 gleiten, sowie mit einer von seiner einen Seite abstehenden Verlängerung 64, die ein Paar beabstandete Rollen
66 trägt, welche zwischen sich die vom ersten steifen Tisch 38 abstehende flache Führungsleiste 56 einschliessen.
Jeder Tisch muss baulich steif und so leicht wie möglich
ausgebildet sein. Anders ausgedrückt: die Eigenfrequenz des Systems definiert als
l/ Steifigkeit der Konstruktion
! Masse des Materials
sollte so gross wie möglich sein.
Die Arbeitsweise der Tische ist dergestalt, dass bei der Gleitbewegung des zweiten steifen Tisches 40 längs seiner
Führungsrichtung und unter der Annahme, dass sich der erste
steife Tisch 38 in Ruhe befindet, der dritte steife überführende Tisch 60 zusammen mit dem ersten Tisch in besagte
Richtung ohne Widerstand seitens des ersten steifen Tisches 38 durch die Gleitberührung zwischen den beiden beabstandeten
Rollen 66 und der flachen Führungsleiste 56 mitgenommen wird. In gleicher Weise wird bei einer Gleitbewegung des ersten
steifen Tisches 38 längs seiner Führungsrichtung unter der Voraussetzung, dass sich der zweite steife Tisch 4 0 in Ruhe
befindet, der dritte steife überführende Tisch 60 zusammen mit dem ersten Tisch in besagte Richtung ohne Widerstand seitens
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des zweiten steifen Tisches 40 aufgrund der Gleitberührung zwischen den quer befestigten Stangen 52 und den Kugellagern
62 gedrückt oder gezogen. Daher bewirkt eine gleichzeitige Bewegung von sowohl erstem als auch zweitem Tisch 38, 40
eine Bewegung des dritten Tisches 60 in eine entsprechende resultierende Richtung.
Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, ist die Stoffeinspanneinrichtung
12 direkt an dem dritten überführenden Tisch 60 unter einer Winkelneigung von 45° gegenüber dem ersten
und zweiten Tisch 38, 40 befestigt und erstreckt sich zur Nadel 18 der Nähmaschine 14 zusammen mit der unteren flachen
Platte 22 und der oberen Spannplatte 26 für das Einspannen des Stoffes. Die Einspanneinrichtung 12
weist ferner eine untere Stützkonstruktion 68 und eine obere Stützkonstruktion 70 auf, die über eine Säule 74
starr miteinander verbunden sind. Am Ende der oberen Stützkonstruktion 70 sehr nahe bei der Nadel 18 befindet sich
ein Paar Querplatten 76,an denen vier Rollen 78 gelagert sind. Ein senkrechter Abschnitt 72 der Einspanneinrichtung
12 erstreckt sich vertikal von dem gabelförmigen Abschnitt 28 nach oben und gleitet zwischen den Platten 76,den Rollen
78 und dem Ende der oberen Stützkonstruktion 70 vertikal auf und ab. Ein Paar Stifte 80 steht quer von jeder Seite
des senkrechten Abschnittes 72 ab. Die Zylinderanordnung 36 beaufschlagt den gleitbaren senkrechten Abschnitt 72 mittels
eines Paares schwenkbar gehaltener Platten 82, die die Stifte 80 und damit die obere Spannplatte 26 anheben oder absenken.
Beim Betrieb wird der Stoff zwischen der unteren flachen Platte-22,
die im Bereich der Nadel den Ausschnitt 24 hat und auf einer am Tisch 16 befestigten Edelstahlplatte aufliegt, und
der oberen Spannplatte 26 gehalten. Bei Einwirkung einer Klemmkraft durch die druckluftbetätigte Zylinderanordnung
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beginnt der gabelförmige Abschnitt 28 an der oberen Klemmplatte
26 eine abwärts gerichtete Gleitbewegung, was die flexiblen Kunststoffstreifen 34 in Berührung mit der Stoffoberfläche
bringt. Bei einer weiteren Abwärtsbewegung des gabelförmigen Abschnittes 28 erfahren die flexiblen Kunststoffstreifen
34 eine weitere Auswärtsbiegung, so dass der Stoff in sämtlichen vier Richtungen gestreckt wird
und eine für den Nähvorgang bereitstehende wie ein Trommelfell gespannte Fläche vorliegt.
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