DE3812725A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberwachung und optimierung von naehmaschinen, naehautomaten und naehprozessen - Google Patents

Description

Betrachtet man die heutige Entwicklung der Nähautomaten, so ist immer deutlicher zu erkennen, daß bei fest eingespanntem Nähgut die Nähmaschine zumeist in X-Y-Koordinaten die erforderlichen Vorschubbewegungen durchführt, um die Nähte auszubilden.

So ist in der EP-01 29 043 eine solche Nähstation beschrieben, desweiteren ausführlich in der DE-36 35 727. Diese vorstehende Erfindung soll mit dieser Zusatzanmeldung weiter verbessert werden, darüber hinaus ist die Zusatzerfindung jedoch bei allen Arten von Nähprozessen ganz oder teilweise einsetzbar.

Bei den Vorerfindungen wurde festgestellt, daß entgegen geläufiger Meinung in X-Y-Koordinaten bewegte Nähmaschinen technisch sehr einfach auszuführen sind und diese auch vorzüglich glatte Nähte liefern, da jede Bewegung des Nähgutes unterbleibt, und insbesondere keinerlei Transporteure Kräuselung und Nähgutbeschädigung bewirken können. Auch ist der Nähfuß nicht als Gegendruckplatte für den Nähguttransporteur ausgebildet - was hohen Füßchendruck erfordert - sondern der Nähfuß liegt nur ganz leicht auf dem Nähgut auf, um beim Auszug der Nadel Nähgutflattern zu verhindern.

Die Problematik dieser Nähanlagen liegt aber darin begründet, daß es keine spezielle Nähmaschinen gibt, die serienmäßig für diese Aufgabe eingesetzt werden können. So werden üblicherweise bei normalen Nähmaschinen die sogenannte Hub- und Schubwelle entfernt und die Stoffdrückerstange modifiziert und auch Abfräsungen vorgenommen, um die Maschinen mechanisch auf die geringsten bewegten Teile zu vermindern und um Massen zu reduzieren. Dies sind allerdings nur Notlösungen und lösen die Problematik nur unzulänglich.

Die hier beschriebene Erfindung hat sich demgegenüber zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung und Optimierung von Nähautomaten und Nähprozessen zu entwickeln, um die bisherigen bekannten Nachteile an Nähmaschinen zu beseitigen.

Fig. 1 läßt erkennen, daß sich die Erfindung nicht wie bei herkömmlichen Nähmaschinen ein- oder zweiteiliger Gußkörper bedient, sondern es sind klar gegliederte Bauelemente vorhanden wie

• 1 Gehäuse für Nadelstangen- und Fadenhebelantrieb (Kopf)
• 2 Gehäuse für Greifer und Stichbildungselementeantriebe
• 3 Arm für Nähmaschine und gleichzeitig Träger für 1 also den Nähkopf
• 4 Nähmaschinengrundplatte und gleichzeitig Träger für 2 Greifergehäuse und
• 5 Nähmaschinenständer der Grundplatte 4 und Arm 3 miteinander verbindet.
• 6 und 7 sind Verstärkungen die die einzelnen Elemente gegeneinander versteifen, diese Verstärkungen werden in Nuten 14 eines Profils 13 eingeschoben und wie Nutensteine verschraubt.
• 8 stellt einen Fadenhebel dar und 9 eine Fadenspannung,
• 10 ist ein nach vorne orientiertes Handrad, das allerdings auch wie üblich an der rechten Seite des Arms sein kann
• 11 bildet den Nähmaschinengreifer während 12 die Draufsicht der Nähmaschine ist.

In Fig. 2 wird gezeigt, daß die Bausteine 1, 2, 3, 4 und 5 aus Hohl-Profilen gebildet sind, die aus Guß bestehen können, vorzugsweise jedoch aus leichten, festen metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen bestehen, um die Massen zu verringern. Die Maße h, b, und d sind so gewählt, daß eine geforderte dynamische Steifigkeit möglich ist und insbesondere eine Seite (z. B. h) höhere Biegemomente übertragen kann.

Um das Profil 13 herum sind mindestens eine, vorzugsweise mehrere Nuten 14 verteilt, die über bekannte Nutensteine z. B. Verstärkungen 6, 7 oder Nähmaschinenelemente 9 wie Fadenspannung, Spulenabroller, Leitstifte usw. aufnehmen kann.

Die Maße H und L sind variabel entweder stufenlos oder in bestimmten Abstufungen, um die Durchgangslänge oder Durchgangshöhe der Nähmaschine verändern zu können, durch Einsetzen von anderen Teilen oder Zusatzelementen. Besonderes Merkmal der Erfindung ist die Anbringung des Kopfes 1 (Nadelstangengehäuse), und zwar derart, daß bei umgekehrter Anordnung gegenüber herkömmlichen Maschinen das Maß H extrem niedrig bleibt, was besonders vorteilhaft ist bei verlängerten Nähmaschinen, da durch eine niedrige Säule 5 die gesamte dynamische Steifigkeit erhöht wird, um Schwingungsprobleme zu reduzieren. Selbstverständlich ist bei gewünschtem großen Durchgangsraum H der Kopf 1 auch normal anzubringen.

Fig. 3 zeigt einige Ausführungen die mit dem System nach Fig. 1 und 2 möglich sind. A stellt eine normale Flachbettmaschine dar, in B ist eine Flachbettmaschine entsprechend verlängert worden, C ergibt eine Säulenmaschine, D eine Säulenmaschine mit besonders großem Durchgangsraum, E zeigt eine linksständige Nähmaschine und F eine Kurzarmmaschine. Mit der vorgestellten Erfindung nach Fig. 1 und 2 können demnach alle heute bekannten Nähmaschinengrundbauformen bis hin zu Armabwärtsmaschinen realisiert werden.

Um alle diese Bauformen zu realisieren und um jeweils den Kopf 1 und Greifer 2 in Nährichtung drehen zu können, sind diese zwei Hauptbauteile der Nähmaschine ausgebildet wie in Fig. 4 dargestellt.

Das Gehäuse 1 ist ein separates Bau-Teil in dem sich wie üblich eine Nadelstange 16, die Schleppkurbel 17, Lager 18 befinden. Die Nadelstange 19 ist nach oben durchgeführt um den Kopf 1 erfindungsgemäß auch um 180° um seine Antriebsachse schwenken zu können, damit die Anordnung nach Fig. 1 und 3A möglich wird lediglich durch umgekehrte Montage der Nadelstange.

Die Oberwelle 19′ ist im Gehäuse so gelagert, daß ein Wellenende übersteht, um mittels umlaufender Kupplung 20 und Oberwelle 21 die Nadelstange und den Fadenhebel anzutreiben. Die Anordnung 1 wird dazu am Arm 3 festgeschraubt. Der Greiferkasten 2 bildet wiederum ein separates Teil, in dem sich alle für den Greiferantrieb notwendigen Teile befinden, insbesondere Greiferwelle 23, Greifer 22 und Greiferritzel 24. Auch das Antriebsritzel 24′ mit Lager und Welle 26 befindet sich innerhalb des Gehäuses 2, und es wird lediglich ein Wellenende überstehen lassen, das mit Kupplung 27 durch die Unterwelle 28 angetrieben wird, sowie wiederum als separate Baugruppe an das Nähmaschinenbett 4 angeflanscht werden kann.

Insofern ist es also möglich in der Baugruppe 1 und 2 normale Nähmaschinen-Bauteile zu verwenden oder auch abgetrennte Nähmaschinen- Baugruppen einzusetzen.

Fig. 5 stellt dar das Anflanschen der Baugruppe 1 und 2 an Arm 3 und Grundplatte 4. Dabei sind 30/20 durchgehende Bohrungen die es erlauben die Baugruppe 1 und 2 so an 3 und 4 anzuflanschen, daß wenn Pfeil R also die normale Nährichtung darstellt, die Baugruppen jeweils so zu montieren sind, daß sich R auch bei R′ oder R″ befinden kann. Diese Nährichtungen sind fest montiert und sollen es erlauben z. B. linksständige Nähmaschinen zu erreichen, bei der die Nährichtung wieder richtiggestellt ist, oder auch Armabwärtsmaschinen. Der Vorteil liegt darin, daß Fadenhebel, Einfädelrichtung und Fadenspannungen wie in Fig. 6 schematisch angebracht sind.

Dazu muß die Erfindung insofern weiterausgebildet werden, da bei normalen Nähmaschinen oder Nadelstangenantrieb sowie die Unterwelle in Längsrichtung der Nähmaschine angeordnet sind und somit jeweils nur die Richtung R möglich wäre.

In Fig. 7 wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, wenn 1 das komplette Nadelstangengehäuse, 2 das Greifergehäuse, 3 den Nähmaschinenarm, 4 die Grundplatte und 5 den Ständer darstellt, mittels eines Zahnriemens 33 die Drehbewegung auf die Nadelstangenkurbel 34 und die oszillierende Bewegung der Nadelstange 35 zu übertragen. Die Verbindung zwischen 33 und 37 übernimmt ein Zahnriemen 38. Die in Fig. 7 skizzierte technische Gestaltung erbringt den Vorteil, daß sich sehr schwingungsarme Antriebe ergeben, und insbesondere Drehschwingungen wie bei der normalen Nähmaschine vermieden werden, und damit prinzipiell höhere Drehzahlen möglich sind als bisher. Auch ist die Veränderung des Maßes (H) und (L) problemlos möglich bei Verlängerungen und Verkürzungen der Nähmaschine, und es zeigt sich insbesondere, daß Verlängerungen über 140 cm hinaus möglich werden, da geringere Massen die Folge sind.

Die Übertragung der Drehbewegung auf 36 den Greifer vom Motor 39 über den Zahnriemen 36 wird bei den Doppelsteppstichmaschinen, die heute alle einen doppeltumlaufenden Greifer aufweisen, zusätzlich 2 : 1 übersetzt, wobei meist ein Getriebe mit Zwischenrad eingesetzt wird. Dies bedeutet, daß bei einer Drehzahl der Oberwelle von 5000 U/min der Greifer sich mit 10 000 U/min dreht. Dieses Zwischengetriebe kann entfallen, wenn wie in Fig. 8 schematisch angedeutet vom Motor 39 über Zahnriemenscheibe 39′ und Zahnriemen 40 der Greifer 36 mit der doppelten Drehzahl 200 angetrieben wird, womit wiederum Massen und Schwingungen verringert werden.

Als ein weiteres Problem bei X-Y-geführten Nähköpfen hat sich herausgestellt, daß insbesondere bei verlängerten Maschinen nach Fig. 33 der Nadelstangenantrieb, sowie der sogenannte Fadenhebelantrieb starke Schwingungen verursachen. Dies liegt darin begründet, daß die Umwandlung der Drehbewegung z. B. einer Kurbel 34 über Kurbelstange 30 auf eine hin- und hergehende Nadelstange 35 (Auf- und Abwärtsbewegung) mit nichtsymmetrischen Beschleunigungsverläufen einhergeht und oberwellenhaltige Schwingungen verursacht. Diese Schwierigkeit ist hinreichend bekannt.

Bei Nähmaschinen hat man versucht dies durch sogenannte Kreuzschubkurbeln zu vermeiden, um die Nadelstangen- und Fadenhebelbewegung zu erzeugen ohne größere Schwingungen. Da jedoch bei Doppelsteppstichmaschinen die Nadelstangenbewegung nicht synchron mit der Fadenhebelbewegung verläuft - und der Fadenhebel über ein weiteres nichtlineares Gelenkgetriebe angetrieben wird, ist der Nadelstangenantrieb mittels Kreuzschubkurbel nur bei Doppelkettenstichmaschinen mit geringem Oberfadenbedarf und synchroner Bewegung zur Nadel angewendet worden. Um trotzdem die Vorteile der Kreuzschubkurbel nutzen zu können, schlägt diese Erfindung nach Fig. 9 vor, für den Nadelstangenantrieb wie in der Fig. 7 gezeigt eine Kreuzschubkurbel einzusetzen. Um aber eine Fadenhebelbewegung zu erzeugen, die der üblichen Koppelkurve weitergehend entspricht, wird bei Fig. 9B eine zweite kleinere Kreuzschubkurbel vor die Nadelstangenkurbel gesetzt, die entweder von einem separaten kleineren hochtourigen Motor angetrieben wird, der mit der gewünschten Drehzahl programmgesteuert wird, um die richtige Fadenzuführung zu veranlassen.

Diese Kreuzschubkurbel wird angetrieben über Zahnriemen 48 vom separaten Motor kommend oder von dem Hauptantrieb 39, wobei 49 die Schwungscheibe, 50 die Gleitlager, 51 den Kurbelzapfen, 52 die Fadenhebelstange und 53 die Fadenführungsöse des Fadenhebels darstellt. Wie ersichtlich kann diese Art Fadenhebelantrieb jede beliebige Fadenhebelbewegung erzeugen vom Weg her und auch von der Synchronisation zur Nadel/Greiferbewegung, womit gleichermaßen Kettenstich als auch Steppstichnähmaschinen damit zu betreiben sind. Wird dieses separate Fadenhebelgetriebe vom Hauptantrieb angetrieben, kann es durch Verstellbarkeit des Kurbelzapfens sowie durch Verstellbarkeit der Schwungscheibe 49 ebenfalls von absolutsynchron (Kettenstichmaschine) bis asynchron (Steppstichmaschine) eingestellt werden. Die Erfindung zeigt demnach als besonderes Merkmal, daß die Nadelstangenbewegung durch eine schwingungsarme Kreuzschubkurbel, sowie die Fadenhebelbewegung durch eine zweite unabhängige Kreuzschubkurbel erzeugt wird, womit diese Anordnung besonders für X-Y-gesteuerte Automaten geeignet ist und Vorteile gerade bei verlängerten Nähmaschinen bringt.

Die im Hauptpatent vorgeschlagene Lösung, einen Nähkopf nur in zwei X-Y-Richtungen durch zwei separate Schritt- oder Servoantriebe zu betreiben, läßt sich noch wesentlich verbessern, wenn wie hier vorgeschlagen der Nähkopf sehr leicht und ohne Schwingungsprobleme ist.

Bei dünnem Nähgut und kleinen Stichlängen hat sich gezeigt, daß sich beliebige Figuren nähen lassen auch wenn die Vorschubantriebe kontinuierlich angetrieben werden - was normal bei Nähmaschinen nicht zweckmäßig ist, da wenn die Nadel im Stoff ist eine Vorschubbewegung unterbleiben sollte, um Nadelverbiegung bzw. Nadelbruch zu verhindern. Bei dickem Nähmaterial führt demgegenüber die kontinuierliche X-Y-Bewegung sofort zu Schwierigkeiten der geschilderten Art. Desweiteren treten Probleme auf, da die Nähmaschine nur eine Hauptvorschubrichtung hat und beim X-Y-Nähen aber multidirektional alle möglichen Richtungen durchlaufen werden. Für dieses Problem wurde schon vorgeschlagen, die Nähköpfe tangential zu drehen bzw. die Antriebe von Unterwelle und Oberwelle zu trennen und elektronisch zu synchronisieren, so daß die Nähstichbildung nur erfolgt, wenn keine X-Y-Bewegung stattfindet oder umgekehrt, die X-Y-Bewegung nur stattfindet wenn keine Nadel im Stoff ist. Diese elektronischen Synchronisationen sind sehr aufwendig und führen zu erheblichen Problemen und zu starkem Drehzahlverlust, so daß die Nähleistung sinkt. Die gestellte Aufgabe vereinfacht sich sofort, wenn man das Prinzip des sogenannten Nadeltransportes anwendet. Hierbei werden wenn die Nadel im Stoff ist an normalen Nähmaschinen der Stichbildungsprozeß ausgeführt und dabei gleichzeitig Nadel und Stoff gemeinsam bewegt, während in der Phase danach der Stoff stillsteht und die Nadel eine Rücklaufbewegung zum nächsten Einstichpunkt vornimmt.

Erfindungsgemäß wird nach Fig. 10 diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Nähmaschine 54 mit einem Gehäuse 55 auf einem kleineren X-Y-Z-Schlitten (56/57) sitzt, der entsprechend dem Nähstich eine Art Nadeltransport in X-Y- 2-Richtung imitiert, also in einem relativ kleinen Feld von maximal einer Stichlänge aktiv sein kann. Bewegt also der Hauptantrieb (X-Y- 1) kontinuierlich auf einer Kreisbahn mittels der Antriebe (58/59) die Nähmaschine, wird das Hilfskoordinaten-System (X-Y- 2) die Verschiebung der Nadel gegen den feststehenden Stoff 61 ausgleichen und zwar entsprechend tangential gesteuert, so daß der Nähantrieb auch kontinuierlich durchlaufen kann, ohne daß es zu Nadelbruch oder Stoffverzug kommen kann. Dabei kann erfindungsgemäß auch nur das Bauelement 1 und 2 im Hilfskoordinatensystem bewegt werden, somit sich auch einschließt, daß sich 1 und 2 nicht notwendigerweise in der erfindungsgemäßen Nähmaschine befinden, sondern in einem separaten Rahmen bewegt werden. Vorteilhaft wird mittels eines Rundtisches 60 auch eine Drehbewegung in einem Polarkoordinatensystem f ( ϕ ) vorgesehen um zumindest in begrenzten Bereichen eine Tangentialsteuerung zu erreichen.

Die in vorliegender Erfindung beschriebenen Steuerungskonzepte führen zu einem weiteren Problem, nämlich dem der Synchronisation der Nähantriebe mit dem X-Y-Antrieb. Dazu wird in aller Regel am Arm der Nähmaschine ein Drehgeber befestigt (Synchronisator in der Fachsprache genannt). Erwähnt wurde schon, daß er Greifer einer Doppelsteppstichmaschine mit Doppelumlauf arbeitet. Dies bedeutet, daß bei einer Armwellenumdrehung sich der Greifer zweimal dreht.

Ist also ein Drehgeber mit einer bestimmten Auflösung von 8 Bit vorgesehen, so kann die Armwelle alle 1,4° Winkelgrade Impulse liefern, was am Greifer jedoch schon 2,8° Winkelgrade durch den Doppelumlauf bedeutet. Nach dem Abtasttheorem muß man aber mit mindestens doppelter Steuerungsfrequenz die Drehzahl/Stellung abgreifen, wenn man die Steuerfrequenz realisieren will. Dies heißt, daß genau genommen der Greifer nur mit einer Toleranz von 5,6° Winkelgrad zur Oberwelle synchronisiert werden kann. Man geht deshalb heute auf 10 bis 12-Bit-Synchronisatoren über um real am Greifer nur 1,4° Winkelgrade und weniger Abweichung zu erreichen. Dieses Problem wird nach Fig. 11 besser erfindungsgemäß wie folgt gelöst:

Es stellt 62 einen Doppelsteppstichgreifer mit der Greiferspitze 63 dar, 64 ist ein Lager für die Greiferwelle. Das kleine Ritzel 65 wird über die Unterwelle 67 und das große Ritzel 66 mit der doppelten Drehzahl der Hauptwelle angetrieben. Im Gegensatz zu der üblichen Anordnung des Synchronisators auf der Nähmaschinenhauptwelle befindet sich nunmehr der angedeutete Synchronisator (Drehgeber) 68 direkt auf der Greiferwelle 69 oder am Greifer 62, womit erreicht wird, daß sich z. B. bei einem Meßwinkel von 1,4° am Greifer und einem 8-Bit- Synchronisator, die Oberwelle mit der daran befindlichen Nadelstange nur um einen Meßwinkel von 0,7° bewegt. Damit lassen sich bei vertretbaren Anforderungen an den Synchronisator, bei unabhängigen getrennten Antrieben von Ober- und Unterwelle die Nadelbewegungen vom Greifer aus gesehen mit der doppelten Auflösung synchronisieren ebenso auch zugehörige X-Y-Antriebe für die Vorschubbewegung. Aber auch bei normalen Nähmaschinen bringt dies Vorteile durch verbesserte Steuerung z. B. von Abschneidebewegungen und schnellere Ansprechzeiten bei Fadenüberwachung. Da übliche Drehgeber (Synchronisatoren) sehr große Durchmesser annehmen infolge komplizierter Codescheiben und Abtastelemente wird nach Fig. 12 eine Codescheibe 73 vorgeschlagen, die aus einem Kern 69 (Welle) sowie einer spiraligen Codierung 72 mit einer Randlinie 72′ besteht, die nach einer sogenannten archimedischen Spirale

f ( ϕ ) = a · d

verläuft, so daß 71 das verbleibende Element jeweils invers zu 72 ist.

Die Codescheibe kann wie bei üblichen Drehgebern

• - durchsichtig sein, wenn z. B. optisch abgetastet wird und die spiralige Codierung 72/71 kann aufgedruckt als Hell/Dunkel- Kontrast, oder reflektierend/nichtreflektierend aufgeklebt, vertieft eingefräst oder chemisch aufgebracht werden.

Bei kapazitiver oder induktiver Erfassung der Codierung 71/72 können Metall- und Kunststoffbereiche einander spiralig ablösen um mit bekannten Meßsensoren abgetastet werden.

Die Spirallinie 72′ kann auch nach einer sogenannten logarithmischen oder hyperbolischen Spirale ausgebildet sein, je nach Zweck der Codierung, wobei allerdings die archimedische Spirale vorteilhaft eine strenge Proportionalität zwischen Drehwinkel ϕ und Abtastsignal ergibt.

Der Vorteil dieser spiraligen Ausbildung der Codierung/Codescheibe liegt darin begründet, daß beispielsweise bei optischer Abtastung der Markierung 71/72 nach Fig. 13, wobei 73 die erfindungsgemäße Codescheibe darstellt, 74 eine elektronische Abtasteinheit, bestehend aus einem oder mehreren Strahlungssendern 76, einem oder mehreren Strahlungsempfängern 75 folgende Signaltypen zu erhalten sind

• - ein deutlicher Signalsprung bei einem Drehwinkel von 0° oder 360°, bedingt durch den Spiralanfang 87 (Spiralende) und somit jeweils eine ganze Umdrehung sicher und eindeutig erfaßbar ist.
• - für jeden diskreten oder analogen Drehwinkel zwischen 0° und 360° eine eindeutige Signalhöhe oder ein Bitmuster für diesen Absolutwinkel entsteht, der keinem anderen Winkel zuorderbar ist und somit Winkelfehler außerhalb der jeweiligen Auflösung vermieden werden
• - bei Vor- oder Rückwärtsdrehung sich eine Zu- oder Abnahme des Signalpegels ergibt oder eine Vergrößerung oder Verkleinerung der abgedeckten Bitmuster, so daß sich eine einwandfreie Drehrichtungserkennung ergibt.

Fig. 14 zeigt ein Signaldiagramm, wenn beispielsweise 76/75 durch eine analoge Signalerfassung mit einem einzigen Sender oder Empfänger auf den jeweiligen Seiten der Codierscheibe gekennzeichnet ist. So ist 77 der Drehwinkel ω, 78 die Signalspannung und 79 der Verlauf der Signalspannung in Abhängigkeit vom Drehwinkel ω oder ϕ 77.

Werden Sender/Empfänger 76/75 durch mehrere diskrete Bauteile in sogenannten Bit-Stufen ersetzt, so ergibt sich ein entsprechendes Bitmuster für die genannten Signale.

In Fig. 15 sind noch weitere bevorzugte Ausführungen der Codescheibe dargestellt, wie bei 80, bei der die Spirale nicht kontinuierlich verläuft, sondern in Stufen, um sprunghafte Signalabstufungen zu erreichen. Bei 81 wird die Spirale in einzelne Segmente zerlegt, um je nach gewünschter Auflösung bei jeder Winkeländerung Impulse bzw. Signalsprünge zu erreichen. Bei 82 wird gezeigt, daß alle Spiralmuster auch invertiert angebracht werden können, wobei 88 beispielsweise das Originalmuster darstellt, und 89 jeweils die Invertierung.

Besonders zweckmäßig ist es, innerhalb der spiraligen Segmente 72/71 sogenannte Craycodes oder auch einfache Bitmuster zusätzlich einzubringen, da dann die Störungsempfindlichkeit bekanntlich sinkt. Zum Beispiel kann bei einem Sende- oder Empfangspaar 75/76, bestehend aus 4 diskreten Elementen wie in Fig. 13 dargestellt, die innere Spirale 72 mit folgendem Bitmuster unterteilt werden:

0°
L L L L
22,5°	L L L H
45°	L L H H
usw. @	315°	H L L L
360°	L L L L

Wobei H = High, L = Low oder umgekehrt besteht, sowie das äußere Signalsegment die jeweilige Invertierung darstellt.

Bei Anwendung diskreter Empfänger- und Senderelemente kann bei einer Auflösung von z. B. 4 Bit der Durchmesser der Codescheibe nur ca. 20-25 mm betragen; bei 8 Bit ergeben sich ca. 30-35 mm, so daß der Impulsgeber/Synchronisator sehr klein zu bauen ist, wobei 8 Bit ausreichen, da bei Anordnung des Synchronisators direkt auf der Greiferwelle eine Winkelauflösung von 0,7° bezogen auf die Oberwelle erreicht wird. Nach Fig. 16 kann der erfindungsgemäße Drehzahlgeber auch in gegenläufiger Ausführung 83/84 auf einer gemeinsamen oder getrennten Welle 85 montiert sein, bei zwei Abtastern 86 und 86′ in einer sogenannten Differentialschaltung; damit läßt sich bei Einfügung der Sensoren 86/86′ in eine Brückenschaltung die Empfindlichkeit verdoppeln, was bei rauhen Umgebungsbedingungen zu Vorteilen führt.

Selbstverständlich kann das spiralige Muster nicht nur in separaten Drehgebern, sondern auch an anderen sich drehenden Maschinenteilen eingesetzt werden (aufgeklebt oder gedruckt), um eine Drehbewegung über Reflexkoppler oder andere Sensorik zu erfassen; insbesondere kann wie Fig. 17 ergibt eine Nähmaschinenspule ein- oder beidseitig mit dem Muster nach Fig. 12, Fig. 15 oder Fig. 16 ausgestattet sein, um z. B. über einen Reflexkoppler 93, Strahlengang 94, Signale für die Drehzahl und Drehrichtung einer Nähmaschinenspule zu erhalten, wobei 90 eine Nähmaschinenspule, 92 und 91 die spiraligen Segmente darstellen.

Diese Segmente können z. B. eine geeignete Codierung nach dem Füllen der Spule enthalten, die aufgeklebt, aufgedruckt oder gespritzt oder sonst vorübergehend aufgebracht wird, mittels deren Information die Lauflänge der Spule, die Nummer des Nähfadens oder die Farbe desselben von dem Reflexkoppler 93 oder einem anderen Lesegerät erfaßt werden kann.

Insbesondere können diese Segmente 71/72 oder 80/81/82 und 90/91 aus Magnetpartikeln bestehen, die magnetisch mit Informationen beschrieben und durch einen zusätzlichen magnetischen Lesekopf gelesen werden können, so daß optisch Drehzahl, Drehrichtung, Drehwinkel erfaßt werden können, sowie zusätzlich durch einen Magnetlese-/Schreibkopf variable Informationen geschrieben und gelesen werden können.

Die vorstehend beschriebene Erfindung ist deshalb geeignet, den Nähprozeß, Nähmaschinen und insbesondere Nähautomaten zu verbessern und zu optimieren.

Claims (14)

1. Verfahren und Einrichtung zum Nähen dadurch gekennzeichnet, daß eine Nähmaschine in einzelne Bauelemente gegliedert ist wie

• 1 Gehäuse für Nadelstangen- und Fadenhebelantrieb (Kopf)
• 2 Gehäuse für Greifer und Stichbildungselementeantriebe
• 3 Arm für Nähmaschine und gleichzeitig Träger für 1 also den Nähkopf
• 4 Nähmaschienengrundplatte und gleichzeitig Träger für 2 Greifergehäuse wobei
• 5 Nähmaschinenständer der Grundplatte 4 und Arm 3 miteinander verbunden sind, sowie
• 6 und 7 Verstärkungen sind, die die einzelnen Elemente gegeneinander versteifen, diese Verstärkungen werden in Nuten 14 eines Profils 13 eingeschoben und wie Nutensteine verschraubt,

wobei die Bausteine 1, 2, 3, 4 und 5 aus Hohl-Profilen gebildet sind, die aus Guß bestehen können, vorzugsweise jedoch aus leichten, festen metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen bestehen, um die Massen zu verringern. Die Maße h, b und d sind so gewählt, daß eine geforderte dynamische Steifigkeit möglich ist und insbesondere eine Seite (z. B. h) höhere Biegemomente übertragen kann, sowie um das Profil 13 herum mindestens eine, vorzugsweise mehrere Nuten 14 verteilt sind, und die über die Nutensteine z. B. Verstärkungen 6, 7 oder Nähmaschinenelemente 9 wie Fadenspannung, Spulenabroller, Leitstifte usw. aufnehmen können, sowie die Maße H und L variabel sind entweder stufenlos oder in bestimmten Abstufungen, um die Durchgangslänge oder Durchgangshöhe der Nähmaschine verändern zu können, durch einsetzen von anderen oder Zusatzelementen, wobei besonderes Merkmal der Erfindung die Anbringung des Kopfes 1 (Nadelstangengehäuse) derart ist, daß bei umgekehrter Anordnung gegenüber herkömmlichen Maschinen das Maß H extrem niedrig bleibt, was besonders vorteilhaft ist bei verlängerten Nähmaschinen, da durch eine niedrige Säule 5 die gesamte dynamische Steifigkeit erhöht wird, um Schwingungsprobleme zu reduzieren.

2. Verfahren und Einrichtung nach vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß um jeweils den Kopf 1 und Greifer 2 in Nährichtung drehen zu können, die zwei Hauptbauteile der Nähmaschine ausgebildet sind als Gehäuse 1 als separates Bauteil in dem sich wie üblich eine Nadelstange 16, die Schleppkurbel 17, Lager 18 befinden, wobei die Nadelstange 19 nach oben durchgeführt ist um den Kopf 1 erfindungsgemäß auch um 180° um seine Antriebsachse schwenken zu können, damit die Anordnung nach Fig. 1 und 3A möglich wird lediglich durch umgekehrte Montage der Nadelstange, sowie die Oberwelle 19′, die im Gehäuse gelagert ist, daß ein Wellenende übersteht um mit Kupplung 20 und Oberwelle 21 die Nadelstange und den Fadenhebel anzutreiben. Die Anordnung 1 wird dazu am Arm 3 festgeschraubt. Der Greiferkasten 2 bildet wiederum ein separates Teil in dem sich alle für den Greiferantrieb notwendige Greiferwellen 23, Greifer 22 und Greiferritzel 24 befinden, auch das Antriebsritzel 24′ mit Lager und Welle 26 befindet sich innerhalb der Gehäuse 2 und es wird lediglich ein Wellenende überstehen lassen, das mit Kupplung 27 durch die Unterwelle 28 angetrieben wird, sowie wiederum als separate Baugruppe an das Nähmaschinenbett 4 angeflanscht werden kann.

3. Verfahren und Einrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß 30/20 durchgehende Bohrungen sind die es erlauben die Baugruppe 1 und 2 so an 3 und 4 anzuflanschen, daß wenn Pfeil R also die normale Nährichtung darstellt, die Baugruppen jeweils so zu montieren sind, daß sich R auch bei R′ oder R″ befinden kann, sowie 1 das komplette Nadelstangengehäuse, 2 das Greifergehäuse, 3 den Nähmaschinenarm, 4 die Grundplatte und 5 den Ständer darstellt, mittels eines Zahnriemens 33 die Drehbewegung auf die Nadelstangenkurbel 34 und die oszillierende Bewegung der Nadelstange 35 übertragen wird, wobei die Verbindung zwischen 33 und 37 ein Zahnriemen 38 ist, sowie vom Motor 39 direkt über Zahnriemen 39′ und Zahnriemen 40 der Greifer 36 mit der doppelten Drehzahl 200 angetrieben wird, womit wieder Massen und Schwingungen verringert werden.

4. Verfahren und Einrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß um eine Fadenhebelbewegung zu erzeugen die der üblichen Koppelkurve weitestgehend entspricht, eine zweite kleinere Kreuzschubkurbel vor die Nadelstangenkurbel gesetzt ist, die entweder von einem separaten kleineren hochtourigen Motor angetrieben wird, der mit der gewünschten Drehzahl programmgesteuert wird, um die richtige Fadenzuführung zu veranlassen, oder diese Kreuzschubkurbel angetrieben wird über Zahnriemen 48 vom separaten Motor kommend oder von dem Hauptantrieb 39, wobei 49 die Schwungscheibe, 50 die Gleitlager, 51 den Kurbelzapfen, 52 die Fadenhebelstange und 53 die Fadenführungsöse des Fadenhebels darstellt, damit diese Art Fadenhebelantrieb jede beliebige Fadenhebelbewegung erzeugen kann vom Weg her und auch von der Synchronisation zur Nadel/ Greiferbewegung, womit gleichermaßen Kettenstich als auch Steppstichnähmaschinen damit zu betreiben sind. Wird dieses separate Fadenhebelgetriebe vom Hauptantrieb angetrieben, kann es durch Verstellbarkeit des Kurbelzapfens sowie durch Verstellbarkeit der Schwungscheibe 49 ebenfalls von absolutsynchron (Kettenstichmaschine) bis asynchron (Steppstichmaschine) eingestellt werden.

5. Verfahren und Einrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß eine Nähmaschine 54 mit einem Gehäuse 55 auf einem kleinen X-Y-Schlitten (56/57) sitzt, der entsprechend dem Nähstich eine Art Nadeltransport in X-Y- 2- Richtung imitiert, also in einem relativ kleinen Feld von maximal einer Stichlänge aktiv ist, bewegt demnach der Hauptbahnantrieb (X-Y- 1 ) kontinuierlich auf einer Kreisbahn mittels der Antriebe (58/59) die Nähmaschine, wird das Hilfskoordinaten- System (X-Y- 2 ) die Verschiebung der Nadel gegen den feststehenden Stoff 61 ausgleichen und zwar entsprechend tangential gesteuert, so daß der Nähantrieb auch kontinuierlich durchlaufen kann, ohne daß es zu Nadelbruch oder Stoffverzug kommen kann, dabei kann erfindungsgemäß auch nur das Bauelement 1 und 2 im Hilfskoordinatensystem bewegt werden, womit sich auch einschließt, das sich 1 und 2 nicht notwendigerweise in der erfindungsgemäßen Nähmaschine befinden, sondern in einem separaten Rahmen bewegt werden, wobei vorteilhaft mittels eines Rundtisches 60 auch eine Drehbewegung in einem Polarkoordinatensystem f ( ϕ ) vorgesehen wird, um zumindest in begrenzten Bereichen eine Tangentialsteuerung sowie Nadeltransport zu erreichen.

6. Verfahren und Einrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß im Gegensatz zu der üblichen Anordnung des Synchronisators auf der Nähmaschinenhauptwelle sich nunmehr der angedeutete Synchronisator (Drehgeber) 68 direkt auf der Greiferwelle 69 oder am Greifer 62, befindet.

7. Verfahren und Einrichtung nach dem vorstehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß für den Drehgeber eine Codescheibe 73 vorgeschlagen wird, die aus einem Kern 69 (Welle) sowie einer spiraligen Codierung 72 mit einer Randlinie 72′ besteht, die nach einer sogenannten archimedischen Spirale f ( ϕ ) = a · ϕverläuft und daß 71 das verbleibende Element jeweils invers zu 72 ist, sowie die Codescheibe wie bei üblichen Drehgebern

• - durchsichtig ist, wenn z. B. optisch abgetastet wird und die spiralige Codierung 72/1 aufgedruckt als hell/dunkel Kontrast, oder reflektierend nichtreflektierend aufgeklebt, vertieft eingefräst oder chemisch aufgebracht wird.

8. Verfahren und Einrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die Spirallinie 72′ auch nach einer sogenannten logarithmischen oder hyperbolischen Spirale ausgebildet sein kann, je nach Zweck der Codierung, wobei allerdings die archimedische Spirale vorteilhaft die strenge Proportionalität zwischen Drehwinkel ϕ und Abtastsignal ergibt.

9. Verfahren und Einrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß 73 die erfindungsgemäße Codierscheibe darstellt, 74 eine elektronische Abtasteinheit bestehend aus einem oder mehreren Strahlungssendern 76 einem oder mehreren Strahlungsempfängern 75 um folgende Signaltypen zu erhalten

• - ein deutlicher Signalsprung bei einem Drehwinkel von 0° oder 360°, bedingt durch den Spiralumfang 87 (Spiralende) und somit jeweils eine ganze Umdrehung sicher und eindeutig erfaßbar ist
• - für jeden diskreten oder analogen Drehwinkel zwischen 0° und 360° eine eindeutige Signalhöhe oder ein Bitmuster für diesen Absolutwinkel entsteht, der keinen anderen Winkel zuordenbar ist und somit Winkelfehler außerhalb der jeweiligen Auflösung vermieden werden
• - bei Vor- oder Rückwärtsdrehung sich eine Zu- oder Abnahme des Signalpegels ergibt oder eine Vergrößerung oder Verkleinerung der abgedeckten Bitmuster, so daß sich eine einwandfreie Drehrichtungserkennung ergibt.

10. Verfahren und Einrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß, wie bei 80 die Spirale nicht kontinuierlich verläuft, sondern in Stufen um sprunghafte Signalabstufungen zu erreichen, bei 81 die Spirale in einzelne Segmente zerlegt wird je nach gewünschter Auflösung bei jeder Winkeländerung Impulse bzw. Signalsprünge zu erreichen, sowie bei 82 alle Spiralmuster auch invertiert angebracht werden können, wobei 88 beispielsweise das Originalmuster darstellt und 89 jeweils die Invertierung, sowie besonders zweckmäßig innerhalb der spiraligen Segmente 72/71 sogenannte Cray-Codes oder auch einfache Bitmuster zusätzlich eingebracht werden zur Erhöhung der Störsicherheit.

11. Verfahren und Einrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß der erfindungsgemäße Drehzahlgeber auch in gegenläufiger Ausführung 83/84 auf einer gemeinsamen oder getrennten Welle 85 montiert sein kann, bei zwei Abtastern 86 und 86′ in einer sogenannten Differentialschaltung, damit läßt sich bei Einfügung der Sensoren 86/86′ in eine Brückenschaltung die Empfindlichkeit verdoppeln.

12. Verfahren und Einrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß jeder Drehkörper insbesondere eine Nähmaschinenspule ein oder beidseitig mit dem Muster nach Fig. 12, Fig. 15 oder Fig. 16 ausgestattet ist, um z. B. über einen Reflexkoppler 93, Strahlengang 94 Signale für die Drehzahl und Drehrichtung einer Nähmaschinenspule zu erhalten, wobei 90 eine Nähmaschinenspule, 92 und 91 die spiraligen Segmente darstellen.

13. Verfahren und Einrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß diese Segmente der Nähmaschinenspule und der Drehgeber eine geeignete Codierung nach dem Füllen der Spule enthalten, die aufgeklebt, gedruckt oder gespritzt oder sonst vorübergehend aufgebracht wird, mittels deren Information die Lauflänge der Spule, die Nummer des Nähfadens oder die Farbe derselben von dem Reflexkoppler 93 oder einem anderen Lesegerät erfaßt werden kann, wobei die Segmente 71/72 oder 80/81/82 und 90/91 aus optischen Reflektoren mit Magnetpartikeln bestehen die magnetisch mit Informationen beschrieben und durch einen zusätzlichen magnetischen Lesekopf gelesen werden können, so daß optisch Drehzahl, Drehrichtung, Winkel erfaßt werden können, sowie zusätzlich durch einen Magnetleseschreibkopf variable Informationen geschrieben und gelesen werden können.