DE2946202C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selektiven Umsetzen von hin- und hergehender Bewegung in eine intermittierende Drehbewegung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt (US-PS 35 22 742). Diese bekannte Vorrichtung ist weder dafür vorgesehen noch dafür geeignet, eine hin- und hergehende Bewegung geringer Leistung in eine Drehbewegung vergleichsweise großer Leistung umzusetzen. Der Bedarf für eine solche Umsetzung tritt beispielsweise bei der automatischen Führung von Textil­ materialien bei deren mechanischem Durchlauf durch eine Nähmaschine auf.

Führungen für Textilmaterialien bei deren mechanischem Durchlauf durch eine Nähmaschine sind bekannt. Bei den meisten dieser Führungen treten Trägheitsprobleme auf, so daß sie für moderne Hochgeschwindigkeits- Nähmaschinen nicht geeignet sind. Die tatsächlichen Manipulations­ einrichtungen für textile Werkstücke müssen zu extrem schneller Beschleu­ nigung und Verzögerung fähig sein, sie müssen deshalb relativ geringe Masse haben. Bei einigen bekannten Führungseinrichtungen wird eine drehbare Führung vor der Nähmaschinennadel verwendet. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (US-PS 36 50 229) wird die Führung mit der Nadel auf- und abbewegt. Da die Führung relativ schwer ist, ist ein­ zusehen, daß die Beschleunigung und Verzögerung der Führung große Kraft oder eine relativ niedrige Nähgeschwindigkeit erfordert. Bei einer anderen bekannten Einrichtung (US-PS 40 19 447) wird keine solche Hin- und Herbewegung verwendet, sondern statt dessen ein Führungsgrad geringer Masse. Unglücklicherweise hat diese letzt­ genannte Einrichtung nicht das Merkmal, das ermöglicht, den Stoff selektiv zu manipulieren, entweder wenn die Nadel unten oder wenn die Nadel oben ist. Die Manipulation des Stoffes findet unabhängig von der Position der Nadel statt.

Ähnliche Probleme treten bei anderen automatischen Bekleidungsstück- Herstellungseinrichtungen auf, wenn es erwünscht ist, daß irgendeine Drehbewegung synchron mit einer Hin- und Herbewegung stattfindet, aber daß sie nur in Intervallen stattfindet, die unter der Kontrolle von digitalen elektrischen Signalen geringer Leistung ausgewählt werden können. Bisher gab es keine bekannten Einrichtungen, die für eine solche Kontrolle mit schnellem Ansprechverhalten für Drehantriebe relativ hoher Leistung sorgen konnten.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, bei der eine intermittierende Dreh­ bewegung hoher Leistung mit schnellem Ansprechverhalten unter direkter Kontrolle durch Signale geringer Leistung, insbesondere elektrische Digitalsignale, gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 aufge­ führten Maßnahmen gelöst.

Aus der US-PS 37 32 949 ist es bekannt, zum Zwecke der Energiespeicherung zwischen An- und Abtrieb eine Torsionsfeder zu schalten. An einen inter­ mittierenden Abruf der gespeicherten Energie ist dabei nicht gedacht.

Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.

Die Erfindung ist nicht auf das Führen von textilen Werkstücken unter der Nähnadel beschränkt. Die Einrichtung kann leicht an andere Arten von Führungsmechanismen zur Verwendung in automati­ sierten Herstellungsmaschinen allgemeiner Art adaptiert werden, und beim Versorgen von Transporteinrichtungen für Werkstücke mit Energie und die Verarbeitung von Werkstücken in solchen Maschinen.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Bewegungsumsetzungseinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 schematisch eine Nähmaschine, in der die erfindungsgemäße Einrichtung eingebaut werden soll; und

Fig. 3 schematisch die Adaptation der Bewegungsumsetzungseinrichtung nach der Erfindung zur Verwendung mit der Nähmaschine nach Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 ist eine Drehmomentquelle in Form eines elektrischen Drehmomentmotors 10 mit einer Ausgangswelle 12 mit einem Ende einer Haupt-Spiralfeder 14 verbunden, deren anderes Ende mit einem Antriebs­ zahnrad 16 verbunden ist. Das Antriebszahnrad 16 kann so montiert sein, daß es frei um das Ende der Welle 12 rotiert, oder kann seine eigene, getrennte Lagerung haben. In jedem Falle neigt die Drehung der Welle 12 in der durch den Pfeil 18 angedeuteten Richtung dazu, die Feder 14 zu spannen. Wenn die Feder 14 gespannt ist, überträgt sie Drehmoment auf das Antriebszahnrad 16 und sorgt dafür, daß es sich in der gleichen Richtung dreht. Das Antriebszahnrad 18 ist mit einer Ausgangswelle 20 über ein Ritzel 22 verbunden, das mit dem Antriebs­ zahnrad 16 kämmt.

Ein Hemmungsrad 24 ist auf die Ausgangswelle 20 montiert und weist eine Anzahl von in Umfangsrichtung voneinander entfernten, vorstehenden Zähnen 26 auf. In diese Zähne greifen zwei Hemmungslappen 28 ein, die an ein Ende eines Hebels 30 montiert sind. Der Hebel 30 ist schwenkbar an einem Schwenkpunkt 32 montiert, der zwischen den Hemmungslappen 28 und dem entgegengesetzten Ende 34 des Hebelarms 30 lokalisiert ist. Der Hebelarm 30 wird mit einer Schraubenfeder 37 so belastet, daß er versucht, im Uhrzeigersinn um den Schwenkpunkt 32 zu drehen, so daß der rechte Hemmungslappen, gesehen in Fig. 1, in die Zähne 26 des Hemmungsrades 24 eingreift. Wenn der Hebel 30 gezwungen wird, sich gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, löst sich der rechte Hemmungslappen 28 von einem der Zähne 26 und das Hemmungsrad 24 dreht sich im Uhr­ zeigersinn um eine Distanz entsprechend einer Hälfte des Abstandes zwischen den Zähnen, ehe der linke Hemmungslappen an einem der Zähne anliegt.

Ein Ende eines Kniegelenk-Gestänges 36 mit zwei Enden ist mit einem Ende 34 des Hebels 30 verbunden. Das andere Ende des Kniegelenk- Gestänges ist so angeschlossen, daß es hin- und hergehend in Richtung der Länge des Kniegelenk-Gestänges dadurch angetrieben wird, daß es einer exzentrischen Steuerfläche 38 folgt, die so montiert ist, daß sie mit der Kurbelwelle 40 einer Nähmaschine 42 (Fig. 2) rotiert. Das Kniegelenk-Gestänge 36 weist ein flexibles Kniegelenk 44 auf, das sich zwischen seinen beiden Enden befindet. Das Kniegelenk 44 ist mit einer Schraubenfeder 46 so vorgespannt, daß es sich biegt, wenn die beiden Enden des Kniegelenk-Gestänges durch die hin- und hergehende Antriebskraft vom Exzenter 38 zusammengeschoben werden. Das Kniegelenk 44 wird mit einem Verbindungsglied 48 mit einer Ankerplatte 50 verbunden.

Gegenüber der Ankerplatte 50 ist eine Solenoidspule 52 positioniert. Wenn die Spule 52 erregt wird und die Platte 50 in Kontakt mit ihr gebracht ist, wird die Platte magnetisch angezogen und fest an der Spule 52 gehalten. Dadurch wird das Kniegelenk 44 verriegelt, so daß das Kniegelenk-Gestänge nicht mehr nachgibt. Die hin- und hergehende Kraft, die vom Exzenter 38 angelegt wird, wird dann durch das Kniegelenk- Gestänge zum Hebelende 34 übertragen und sorgt dafür, daß sich der Hebel gegen den Uhrzeigersinn dreht, so daß das Hemmungsrad 24 sich im Uhr­ zeigersinn drehen kann. Die Drehung des Rades 24 erlaubt es natürlich der Ausgangswelle 20, sich ebenfalls um einen Schritt entsprechend einer Hälfte des Abstandes zwischen zwei Zähnen 26 zu drehen.

Ersichtlich wird eine hin- und hergehende Kraft hoher Leistung in eine Schritt-Drehkraft mit weniger oder keiner Reflexion der Trägheit der an der Ausgangswelle 20 befestigten Last zurück zur Schaltung und zum Mechanismus, der das Kniegelenk-Gestänge steuert, selektiv "umge­ wandelt" und zwar durch die Verwendung eines elektrischen Signals relativ geringer Leistung, entweder digital oder analog, das an die Spule 52 gelegt wird. Der Zweck der Schraubenfeder 14 besteht darin, ein fast sofortiges Ansprechen zu erlauben, wenn einmal das Kniegelenk- Knie verriegelt ist. Alle Elemente, wie das Antriebsrad 16, das Ritzel 22 und das Hemmungsrad 24, haben relativ geringe Masse verglichen beispiels­ weise mit dem Drehmomentmotor 10. Die Spiralfeder 14 isoliert damit diese Elemente relativ geringer Masse des Antriebszuges von dessen schwereren Elementen, so daß Trägheitsprobleme minimiert werden.

Die Ausgangswelle 20 kann dazu verwendet werden, beispielsweise den Transporteur der Nähmaschine 42 anzutreiben, um den Stoff unter der Nähnadel zu ziehen, und zwar synchron mit deren Auf- und Abbewegung. Eine wichtigere Anwendung besteht darin, den Bewegungsumsetzer dazu zu verwenden, Führungsräder vor der Nadel anzu­ treiben, um die textilen Werkstücke zu positionieren, während sie genäht werden. Ein solches Führungsrad und Servosteuersystem zu dessen Betrieb sind in der US-PS 40 19 447 beschrieben. Dieser Mechanismus ist jedoch nicht in der Lage, synchron mit der Auf- und Abbewegung der Nähnadel zu arbeiten. Die Führung findet also unabhängig davon statt, ob die Nadel in den textilen Werkstoff eingesetzt oder aus diesem zurückgezogen ist, und diese Beschränkung reduziert die Genauigkeit des Systems, mit der es der Kontur oder anderen Linien auf dem textilen Werkstück folgen kann.

In Fig. 3 ist eine Modifikation der Ausführungsform nach Fig. 1 zur Durchführung dieses Zweckes dargestellt. Die gleichen Elemente, die oben in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben sind, wurden mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit Strich bzw. Doppel­ strich versehen, bezeichnet. Grundsätzlich ist das System nach Fig. 1 verdoppelt worden, um zwei Ausgangs-Antriebswellen 20′ und 20′′ zu erhalten. Das Drehmoment vom Motor 10′ wird mittels des Ritzels 22′ an zwei Antriebszahnräder 16′ und 16′′ übertragen, die auf getrennte Ausgangs-Antriebswellen 20′ bzw. 20′′ montiert sind. Die Enden der Kniegelenk-Gestänge 36′ und 36′′ werden mittels Hebelarmen 54′ und 54′′ hin- und herbewegt, die jeder an einem Ende schwenkbar montiert sind und mit getrennten Federn 56′ und 56′′ gegen Exzenterscheiben 38′ und 38′′ gedrängt werden. Die Enden der Kniegelenk-Gestänge 36′ und 36′′ entgegen den Hebeln 30′ und 30′′ sind schwenkbar an den Hebelarmen befestigt. Ersichtlich werden die Hebelarme 54′ und 54′′ hin- und her­ bewegt, wenn die Exzenter 38′ und 38′′ rotieren, um die hin- und her­ gehende Antriebskraft an die Kniegelenk-Gestänge 36′ und 36′′ zu über­ tragen. Die Kontrolle der Drehung der Ausgangs-Treibwellen 20′ und 20′′ ist im wesentlichen identisch mit der, die bereits in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben worden ist.

Die Ausgangswellen 20′ und 20′′ sind mit den Eingängen eines Differential­ vorgeleges 58 verbunden. Das Differentialvorgelege 58 hat eine Ausgangs­ welle 60, die in einer Richtung und mit einer Drehzahl rotiert, die proportional ist der Differenz der Dreheingänge von den Wellen 20′ und 20′′. Wenn also die Welle 20′′ stationär gehalten wird und die Welle 20′ sich drehen kann, dreht sich die Ausgangswelle 60 des Differential­ vorgeleges in eine Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn. Wenn dagegen die Welle 20′ stationär gehalten wird und die Welle 20′′ sich drehen kann, dreht sich die Welle 60 in der entgegengesetzten Richtung. Wenn sich beide Wellen 20′ und 20′′ mit der gleichen Drehzahl drehen können, oder wenn beide stationär gehalten werden, ist auch die Welle 60 stationär.

Ein Führungsrad 62 ist an das Ende der Welle 60 montiert. Dieses Führungs­ rad ist in der US-PS 40 19 447 beschrieben. Die Erre­ gung der Spulen 52′ und 52′′ steht unter der Kontrolle von einer Schal­ tung 64, der ein Signal von einem Fotosensor 66 zugeführt wird, der gerade vor der Nähnadel auf einer Seite derselben montiert ist, um der Kontur des textilen Werkstückes zu folgen. Die Details dieser Steuerschaltungen 64 sowie die Positionierung und Verwendung des Fotosensors 66 sind ebenfalls in der US-PS 40 19 447 beschrieben.

Wenn sich die Kontur des textilen Werkstückes aus dem Bereich des Foto­ sensors 66 heraus bewegt, sendet der Fotosensor 66 ein entsprechendes elektrisches Signal an die Steuerschaltung 64, um die Spule 52′ so zu erregen, daß die Ausgangswelle 20′ veranlaßt wird, einen entsprechenden Dreheingang an das Differentialvorgelege 58 zu liefern. Entsprechend sorgt die Ausgangswelle 60 des Differentialvorgeleges dafür, daß sich das Führungsrad 62 in einer Richtung dreht, die das textile Werkstück zurück unter die Fotozelle 66 treibt, bis die Kontur wieder unter der Fotozelle 66 nach Art eines Servoantriebes zentriert ist. Es ist zu erwähnen, daß das Führungsrad 62 sich um eine Achse dreht, die in der gleichen hypothetischen Ebene liegt wie die Richtung des Stofftransportes durch die Nähmaschine. In dem Falle, daß sich das textile Werkstück zu weit erstreckt und den Fotosensor 66 vollständig blockiert, wird die Spule 52′′ durch den gleichen Prozeß durch die Schaltung 64 und den Foto­ sensor 66 aktiviert, so daß in der gleichen Weise dafür gesorgt wird, daß das Führungsrad in der entgegengesetzten Richtung dreht, um das Werkstück wieder unter der Fotozelle 66 zu zentrieren.

Das in Fig. 3 dargestellte Servosystem ist im Betrieb ähnlich dem der US-PS 40 19 447, jedoch dreht sich das Führungsrad 62 schrittweise synchron zur Drehung der Steuer­ exzenter 38′ und 38′′, die ihrerseits synchron zur Hin- Herbewegung der Nähmaschinennadel betrieben werden. Führungsräder können also so angeordnet werden, daß sie nur dann drehen, wenn die Nadel den Stoff durchsticht, bei einer Ausführungsform, oder bei einer anderen Aus­ führungsform können die Führungsräder so ausgelegt werden, daß sie nur dann rotieren, wenn die Nadel nicht in den textilen Werkstoff einge­ setzt ist. Diese zeitliche Beziehung wird einfach durch die Drehposition der Steuerexzenter 38′ und 38′′ auf der Nähmaschinenantriebswelle fest­ gelegt.

Ersichtlich hat die Bewegungsumsetzungseinrichtung nach Fig. 1 und 3 auch breite Anwendungsmöglichkeiten in der automatischen Bekleidungs­ industrie. Obwohl eine Drehführung dargestellt worden ist, könnte bei anderen Ausführungsformen die Führung auch eine X-Y-Positionierungs- Führung bekannter Art sein (US-PS 33 85 244; 37 42 879), wobei die Einrichtung für die X-Y-Positionierantriebe eingesetzt wird. Eine solche Ersetzung würde es erlauben, diese Ein­ richtungen mit erheblich höheren Geschwindigkeiten und geringerer Steuerleistung zu betreiben, da die erhebliche Trägheit des Positionier­ rahmens nicht an die X-Y-Steuerschaltung und die entsprechenden Mecha­ nismen reflektiert würde.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum selektiven Umsetzen von hin- und hergehender Be­ wegung in eine intermittierende Drehbewegung, bei der die Quelle (38, 40) der hin- und hergehenden Bewegung mit einem Kniegelenk­ gestänge (36) verbunden ist, das mittels einer Verriegelungseinrich­ tung (48, 50, 52) selektiv von einem Leerlaufzustand in einen Kraft­ übertragungszustand umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Verriegelungseinrichtung (48, 50, 52) am Kniegelenk (44) des Kniegelenkgestänges (36) angreift,
• - daß die Quelle (38, 40) der hin- und hergehenden Bewegung an einem Ende des Kniegelenk-Gestänges (36) angreift,
• - daß das andere Ende (34) des Kniegelenkgestänges (36) mit einer hin- und hergehenden Hemmungseinrichtung (28, 30) zur Steuerung der intermittierenden Drehung eines Hemmungsrades (24, 26) verbunden ist, und
• - daß das Hemmungsrad (24, 26) auf eine Welle (20) montiert ist, die über ein Torsionselement (14) mit einer Antriebsdrehmomentquelle (10) verbunden ist,

so daß das Kniegelenkgestänge (36) bei aktivierter Verriegelungsein­ richtung (48, 50, 52) die hin- und hergehende Bewegung von ihrer Quelle (38, 40) auf die Hemmungseinrichtung (28, 30) überträgt und diese das Hemmungsrad (24, 26) intermittierend zur Drehung unter Antrieb von der Antriebsdrehmomentquelle (10) durch das Torsionselement (14) synchron mit der hin- und hergehenden Bewegung freigibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsions­ element (14) ein relativ geringes Trägheitsmoment ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung für das Kniegelenk (44) aus einer elektro­ mechanischen Einrichtung (50, 52) besteht, die elektrische Steuer­ signale erhält und von diesen erregt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektro­ mechanische Einrichtung aus einem Anker (50) und einer selektiv erreg­ baren Spule (52) besteht, wobei der Anker (50) mit Bezug auf die Spule (52) bewegbar ist, wenn die Spule (52) aberregt ist, und mit Bezug auf die Spule (52) unbewegbar ist, wenn die Spule (52) erregt ist und der Anker (50) in Berührung mit dieser steht, wobei entweder der Anker (50) oder die Spule (52) stationär mit Bezug auf das Kniegelenk (44) montiert sind und das andere Element (52, 50) mit dem Kniegelenk (44) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (20) über ein Antriebselement (22) geringer Masse mit dem Torsionselement (14) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebs­ element ein Zahnrad (22) ist, das Torsionselement eine Spiralfeder (14) ist, die Antriebsdrehmomentquelle ein elektrischer Drehmomentmotor (10) mit einer Antriebswelle (12) ist, die Spiralfeder (14) mit einem Ende mit der Motorwelle (12) verbunden ist und mit dem anderen Ende mit dem Zahnrad (22), und die Hemmungseinrichtung (28, 30) mit dem Zahnrad (22) so verbunden ist, daß dieses rotieren kann, wenn die Hemmungseinrichtung (28, 30) durch das Kniegelenkgestänge (36) freigegeben ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (38, 40) der hin- und hergehenden Bewegung eine Näh­ maschine (42) mit einem hin- und hergehenden Antrieb für eine Nähnadel sowie Einrichtungen (62) zur Manipulation von zu nähenden Werkstücken während des Nähens in der Maschine (42) aufweist, wobei die Manipulations­ einrichtung (62) so angeschlossen ist, daß sie von der Welle (20) ange­ trieben wird, so daß die Manipulationseinrichtung (62) selektiv synchron mit der Nähmaschinennadel unter Steuerung von den elektrischen Signalen angetrieben wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine bewegbare Werkstückführung (62) mit der Welle (20) verbunden ist, so daß sie durch dessen Drehungen angetrieben wird und damit das Werkstück bewegt, ein Sensor (66) vorgesehen ist, mit dem die Position des Werkstückes relativ zu einer vorgegebenen Position detektiert wird und ein Steuersignal erzeugt wird, das die Ablage des Werkstückes aus der vorgegebenen Position repräsentiert, und das Sensor-Signal einer Servosteuerung zugeführt wird, mit der die Kniegelenk-Verriegelungs­ einrichtung (48, 50, 52) aufgrund des Sensor-Signals aktiviert wird, so daß veranlaßt wird, daß sich die Führung (62) bewegt und das Werk­ stück in die vorgegebene Position repositioniert.