DE4016311C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Durchführung für den Strahlengang einer Lichtschranke in einer Nähmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Nähmaschinen werden optoelektronische Sensorvorrichtungen verwendet, die das Nähgut während der Bearbeitung abtasten, um z. B. die Kante des Nähgutes automatisch zu erfassen. Üblicherweise bedient man sich hierzu einer Lichtschranke, deren Strahlengang zwischen Lichtsender und Lichtempfänger den Weg des Nähgutes an einem vorbestimmten Erfassungsort kreuzt. Dieser Erfassungsort liegt vorteilhafterweise nahe der Nadel an einer Stelle, wo das Nähgut mit seiner durch den Stoffschieber bestimmten Geschwindigkeit sicher und möglichst flächig entlanggleitet. Entsprechende Gleitflächen sind z. B. die Oberfläche der Stichplatte oder die Sohle des Drückerfußes. Soll also der Strahlengang der Lichtschranke den Weg des Nähgutes an einer solchen Stelle kreuzen, dann muß er zwangsläufig durch die betreffende Gleitfläche hindurchgeführt werden, zumindest wenn es sich um eine Durchlichtschranke handelt. Allgemein üblich sind Durchlichtschranken, bei denen die Lichtquelle oberhalb der Stichplatte angeordnet ist, um einen Empfänger zu beleuchten, der am Fuß einer Bohrung in der Stichplatte sitzt. Bekannt ist aber auch eine Reflexlichtschranke, bei der das Nähgut durch eine Bohrung im Drückerfuß beleuchtet wird, und zwar mittels eines Lichtleiters, der auch das reflektierte Licht über eine Abzweigung zu einem Empfänger zurückleitet (DE-OS 29 35 473). Damit sich keine Verschmutzungen an oder in der Lichtdurchgangsbohrung festsetzen, ist bei der bekannten Reflexlichtschranke das Ende des Lichtleiters mittels eines transparenten Stopfens abgedeckt, der bündig mit der unteren Sohlenfläche des Drückerfußes abschließt.

Die Funktionsfähigkeit einer Lichtschranke ist um so besser, je näher Lichtquelle und Lichtempfänger zueinander liegen. Ein optischer Wirkungsgrad von 100% ergibt sich theoretisch nur dann, wenn Lichtquelle und Empfänger in direktem Kontakt sind. Je weiter der Abstand, desto größer sind Streuverluste und Fremdlichteinflüsse. Ein bestimmter Mindestabstand muß aber aus Toleranz- und Handhabungsgrün­ den eingehalten werden, er ist auch notwendig, um verschiedenen Bedingungen, wie unterschiedlichen Nähgutdicken, Rechnung zu tragen. Der aus den oben erwähnten Gründen notwendige transparente Verschlußstopfen in der Bohrung vergrößert diesen Abstand noch.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Wirkungsgrad oder Ausnutzungsfaktor einer Lichtschranke in einer Nähmaschine zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale der optischen Durchführung des Strahlengangs gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Verschlußstopfens als eine Linse mit wenigstens einer konvex geformten Linsenfläche wirkt der Verschlußstopfen als eine die Ausbeute an Nutzlicht erhöhende Sammellinse, die die Lichtquelle auf den Lichteintritt des optoelektronischen Empfängers abbildet.

Sofern sich die konvexe Linsenfläche gemäß Anspruch 2 über die Gleitfläche hinaus erstreckt, wird durch das während des Nähens über die Linsenfläche hinwegbewegte Nähgut eine äußerst gute Selbstreinigung erzielt. Ist der Verschlußstopfen nach Anspruch 3 als eine plan-konvexe Linse ausgebildet und liegt die plane Stirnseite der Linse in der Ebene der Gleitfläche, so ist zwar der Selbstreinigungseffekt geringer, dafür ist bei einem solcherart angeordneten Verschlußstopfen die Verschleißgefahr bezüglich der dem Nähgut zugekehrten Stirnseite deutlich reduziert. Zur Erzielung einer besonders kurzen Brennweite des linsenartigen Verschlußstopfens wird dieser als bikonvexe Linse ausgebildet, wobei sich die dem Nähgut zugekehrte konvexe Linsenfläche über die Gleitfläche hinaus erstreckt.

Im Anspruch 4 ist ein bevorzugter Anwendungsfall angegeben, wonach der Stopfen zum Verschließen einer in der Stichplatte der Nähmaschine angeordneten und nach unten zum Lichteintritt des optoelektronischen Empfängers führenden Bohrung dient. Zur sicheren Befestigung des Stopfens in der Bohrung ist deren Wandung gemäß Anspruch 5 hinterschnitten, wobei diese Hinterschneidung gemäß Anspruch 6 ein Innengewinde ist.

Gegenüber der Möglichkeit, die optische Durchführung durch Einkleben einer entsprechend ausgebildeten Glaslinse in die Bohrung zu realisieren, wird eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der optischen Durchführung gemäß dem Verfahren nach Anspruch 7 dadurch verwirklicht, daß die Bohrung einseitig verschlossen und anschließend ein Tropfen eines fließfähigen und aushärtbaren transparenten Kunststoffs von oben in die Bohrung eingebracht wird, der hinsichtlich Menge, Viskosität und Oberflächenspannung so gewählt ist, daß er im nicht-ausgehärteten Zustand von selbst eine Tropfenform mit der gewünschten konvexen Linsenoberfläche bildet. Laborversuche haben ergeben, daß mit erfindungsgemäßer Ausbildung des Stopfens eine 100%ige Steigerung des Nutzpegels am Lichtempfänger erreicht werden kann.

Es ist an sich bekannt, optische Linsen aus transparentem fließfähigem und anschließend aushärtendem Material zu bilden. So offenbart z. B. die DE-OS 27 36 534 ein Verfahren zur Herstellung von Linsenplatten, bei welchem ein fließfähiges Polymethylmethacrylat in die Bohrung einer Platte gedrückt und dort als Linse ausgebildet wird, allerdings durch einen entsprechend geformten Prägestempel. Aus der EP-OS 2 25 131 ist es bekannt, eine auf einer Basisplatte befestigte Leuchtdiode mit einem Epoxidharztropfen zu berühren, dessen wesentlicher Teil dann auf die Leuchtdiode übergeht und eine halbkugelförmige Linse bildet. Dieser Stand der Technik legt es jedoch nicht nahe, in einer Nähmaschine einen transparenten Verschlußstopfen, der bisher nur als Schutz vor Verunreinigungen in einer Lichtdurchlaßbohrung vorgesehen war, erfindungsgemäß so auszubilden, daß er einer Erhöhung des Ausnutzungsfaktors einer Lichtschranke dient und bei über die Gleitfläche hinausragender konvexer Linsenfläche zusätzlich die Funktion einer verbesserten Selbstreinigung durch das darübergleitende Nähgut erfüllt.

Eine erhaben angeordnete Linse im Bewegungsbereich des durchlaufenden Nähgutes einer Nähmaschine unterliegt einer hohen Verschleißgefahr, insbesondere wenn sie aus Kunststoff besteht. Es wurde gefunden, daß man dieser Gefahr begegnen kann, indem man als Material für den Stopfen gemäß Anspruch 8 ein vernetzbares Reaktionsharz, wie z. B. Epoxidharze, verwendet. Geeignet ist auch ein durch ultraviolettes Licht aushärtender Klebstoff, vorzugsweise auf Urethanmethacrylat- Basis.

Nach Anspruch 9 kann der Stopfen als Filter bestimmter Wellenlänge ausgebildet werden, indem der Kunststoffmasse lichtabsorbierende Substanzen beigemischt werden.

Zur näheren Erläuterung werden nachstehend zwei Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Nähmaschinen-Stichplatte, die mit einer erfindungsgemäßen optischen Durchführung versehen ist;

Fig. 2 veranschaulicht, in einer Schnittansicht gemäß der Linie A in Fig. 1, die Herstellung des erfindungsgemäßen Verschlußstopfens;

Fig. 3 zeigt in der gleichen Schnittansicht die fertige optische Durchführung in Verbindung mit einem Lichtempfänger;

Fig. 4 veranschaulicht, in einer Schnittansicht gemäß der Linie A in Fig. 1, die Herstellung des erfindungsgemäßen Verschlußstopfens und

Fig. 5 zeigt in der gleichen Schnittansicht die fertige optische Durchführung des zweiten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit einem Lichtempfänger.

Die in Fig. 1 dargestellte Stichplatte 1, die vorzugsweise aus Metall besteht, kann mittels Schrauben, die durch entsprechende Löcher 2 greifen, auf der Grundplatte einer (nicht dargestellten) Nähmaschine befestigt werden, derart, daß die Nähnadel bei ihrer Auf- und Abbewegung durch das in der Stichplatte 1 befindliche Stichloch 3 greift, um den durch die Öse der Nähnadel geführten Oberfaden mit dem Unterfaden unterhalb der Stichplatte zu verschlingen. Im Betrieb greifen die Zahnreihen eines Stoffschiebers von unten durch Schlitze 4 in der Stichplatte 1, um das Nähgut schrittweise im Takt der Nadelbewegung zu verschieben und dadurch die gewünschte Naht herzustellen. Während des Nähens wird das Nähgut von oben durch die Sohle eines Drückerfußes (ebenfalls nicht dargestellt), der die Längsachse von Stichloch 3 und Nähnadel U-förmig umschließt, gegen die Oberfläche 1a der Stichplatte gedrückt, um es in Arbeitskontakt mit dem Stoffschieber zu bringen. Dabei gleitet das Nähgut über die Oberfläche der Stichplatte 1; die Vorschubrichtung ist durch den eingezeichneten Pfeil V angedeutet.

Um den Nähvorgang automatisieren zu können, muß das Nähgut während seiner Vorschubbewegung abgetastet werden, was üblicherweise durch eine Lichtschranke geschieht, deren Strahlengang zwischen Lichtquelle und Lichtempfänger den Weg des Nähgutes kreuzt. Hierzu ist in der Stichplatte 1 eine Lichtdurchgangsbohrung 5 vorgesehen, um die Strahlung einer die Stichplatte 1 von oben beleuchtenden Lichtquelle zu einem unterhalb der Stichplatte 1 angeordneten optoelektrischen Empfänger durchzulassen. Diese Bohrung 5 befindet sich im dargestellten Fall in definiertem Abstand vor dem Stichloch 3 (gesehen in der Vorschubrichtung V), so daß der zum Empfänger gelangende Lichtstrom und damit das elektrische Ausgangssignal des Empfängers durch das Nähgut, abhängig von dessen Transmissionsgrad, moduliert wird. Sobald die Endkante des Nähgutes am Ort der Bohrung 5 erscheint, wird der Lichtweg zum Empfänger schlagartig ganz freigegeben, was sich in einem sprunghaften Amplitudenwechsel des Empfänger-Ausgangssignals äußert. Durch Auswertung dieses Ausgangssignals können verschiedene Betriebsparameter wie etwa die Beschaffenheit des Nähgutes erfaßt und Nähgutkanten detektiert werden, um den Nähvorgang zu steuern.

Um den optoelektrischen Empfänger zu schützen und um zu verhindern, daß sich Verunreinigungen in der zum Empfänger führenden Bohrung 5 festsetzen, ist diese Bohrung an ihrem oberen Ende durch einen transparenten Stopfen 6 verschlossen. Dieser Stopfen hat eine über die als Gleitfläche für das Nähgut wirkende Oberseite 1a der Stichplatte 1 hinausragende, konvexe Stirnfläche 7, so daß eine optische Durchführung mit Linsenwirkung erzielt wird. Eine bevorzugte Form und Herstellungsweise für diese Durchführung wird nachstehend anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben.

Die Fig. 2 zeigt den die Lichtdurchgangsbohrung 5 enthaltenden Teil der Stichplatte 1 in einer Schnittansicht gemäß der in Fig. 1 eingezeichneten Linie A. Die Wandung der Bohrung 5 ist im dargestellten Fall nicht glatt, sondern hinterschnitten, vorzugsweise durch Einbringen eines Innengewindes 5a. In dieser Bohrung sitzt formschlüssig der erwähnte transparente Stopfen 6 mit seiner erhabenen Oberfläche 7.

Zum Einbringen des Stopfens 6 wird die Stichplatte 1 in der Gebrauchslage (die Oberseite 1a liegt oben) auf einen Träger 8 aufgesetzt, der im Bereich der Bohrung 5 der Stichplatte eine Stützfläche bildet, die mit einer Teflonfolie 9 belegt ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Bohrung 5 unten durch die Teflonfolie 9 bündig-eben abgeschlossen ist. Stichplatte 1 und Träger 8 werden anschließend fest verspannt, damit sich zwischen der Unterseite der Stichplatte 1 und der Teflonfolie 9 kein Spalt ausbilden kann. Dann wird mit Hilfe einer Dosierhohlnadel 10 eine genau festgelegte Menge eines flüssigen und aushärtbaren transparenten Kunststoffs in die Bohrung 5 gefüllt, wobei sich die linsenförmig konvex gewölbte Oberfläche 7 ausbildet. Der nach anschließender Aushärtung des Kunststoffs gebildete Stopfen 6 ist dank der durch das Gewinde 5a gebildeten Hinterschneidungen sicher in der Bohrung 5 verankert.

Wenn man als Material für den Stopfen 6 einen durch UV-Licht aushärtbaren Klebstoff verwendet, wird nach dem Einfüllen des Klebstoffs die Stichplatte 1 mitsamt dem Träger 8 und der Teflonfolie 9 einer UV-Bestrahlungseinrichtung zugeführt und anschließend, nach Entfernen des Trägers, zur Restaushärtung einer Wärmebehandlung unterworfen. Die Teflonfolie 9 verhindert, daß der Klebstoff am Träger 8 anhaftet. Nimmt man einen Klebstoff mit der chemischen Basis Urethanmethacrylat, dann hat dieses Material nach einer UV-Bestrahlung von etwa 30 s Dauer und einer anschließenden 30minütigen Wärmebehandlung bei 120°C eine Härte von 50 (Shore D nach DIN 53 505). Damit ergibt sich für den Stopfen 6 eine Verschleißfestigkeit, die viel höher ist als bei herkömmlichen Kunststofflinsen, was bei der hier beschriebenen Anwendung von herausragendem Vorteil ist, weil die Linsenoberfläche im Bewegungsbereich des durchlaufenden Nähgutes liegt und daher einer erhöhten Verschleißgefahr ausgesetzt ist.

Um die gewünschte Linsenwirkung zu erzielen, muß die Dosiermenge auf die Größe der Bohrung (Länge und Durchmesser) und mit den physikalischen Eigenschaften des Klebstoffs abgestimmt werden. Die hier zu beachtenden physikalischen Eigenschaften sind insbesondere die Viskosität und Oberflächenspannung der flüssigen Phase (verantwortlich für die Form der Linsenwölbung) und der Brechungsindex im ausgehärteten Zustand. Vorteilhafterweise sollte das für den Stopfen 6 verwendete Material im Bereich der für die Lichtschranke verwendeten optischen Strahlung (nahes Infrarot) ein Transmissionsmaximum haben. Diese Eigenschaft kann dadurch verbessert werden, wenn der Masse Substanzen beigemischt werden, die für Licht bestimmter Wellenlängenbereiche eine Absorptionswirkung haben und somit einen Filtereffekt hervorrufen. Allgemein ist eine Linsenwölbung anzustreben, die bei dem materialbedingten Brechungsindex dazu führt, daß die Lichtquelle möglichst genau auf die gesamte Lichtempfangsfläche des Lichtempfängers abgebildet wird. Die Nutzlicht-Ausbeute ist dann optimal, während Fremdlichteinflüsse minimal bleiben.

Die zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses erforderliche Abstimmung der vorstehend erwähnten Parameter kann empirisch vorgenommen werden. Nachdem die hieraus ermittelte Dosiermenge bekannt ist, lassen sich die linsentauglichen Verschlußstopfen der optischen Durchführung sehr einfach in reproduzierbarer Weise herstellen.

Wie in der Fig. 3 gezeigt, kann nach Fertigstellung des Stopfens 6 der optoelektrische Lichtempfänger 11 einer Lichtschranke zusammen mit der zugehörigen Sensorplatine 12 unterhalb der Bohrung 5 an der Stichplatte 1 befestigt werden. Ein von der Sensorplatine 12 ausgehendes Anschlußkabel 13 wird nach Befestigung der Stichplatte in der Nähmaschine mit weiteren Verarbeitungs- und Steuerschaltungen verbunden.

Neben der in den Figuren dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind natürlich auch andere Ausgestaltungen der Erfindung möglich. So kann die optische Durchführung mit dem linsenbildenden Verschlußstopfen auch an anderer Stelle als in der Stichplatte vorgesehen sein, z. B. im Drückerfuß, wie aus der eingangs erwähnten DE-OS 29 35 473 an sich bekannt, oder in einem eigens zu diesem Zweck vorgesehenen gesonderten Gleitschuh. An dem von der Gleitfläche abgewandten Ende der Durchführung kann statt eines Lichtempfängers auch die Lichtquelle einer Lichtschranke liegen, um das abgestrahlte Sendelicht mittels des linsentauglichen Stopfens auf einen jenseits des Nähgutes angeordneten Lichtempfänger zu bündeln. Schließlich kann die optische Durchführung auch den Kopf eines Reflexkopplers bilden, an dem das Nähgut entlanggleitet und der Bestandteil einer Reflexlichtschranke ist. Die optische Verbindung zwischen der Durchführung und dem zugeordneten Lichtempfänger bzw. -sender kann auch über einen in die Bohrung mündenden Lichtwellenleiter hergestellt werden.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist der in der Bohrung 5 der Stichplatte 1 aufgenommene Stopfen 14 wie der Stopfen 6 des ersten Ausführungsbeispieles als plankonvexe Linse mit einer konvexen Stirnfläche 15 und einer planen Stirnfläche 16 ausgebildet. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch die konvexe Stirnfläche 15 der Oberseite 1a der Stichplatte 1 abgekehrt und die plane Stirnfläche 16 der Oberseite 1a zugekehrt, wobei sie mit der Ebene der Oberseite 1a fluchtet.

Das Herstellungsverfahren des Stopfens 14 ist im wesentlichen das gleiche wie für das Herstellen des Stopfens 6. Ein Unterschied besteht darin, daß vor dem Einfüllen des Klebers nicht das innen liegende sondern das außen liegende Ende der Bohrung 5 bündig abgedeckt wird, indem eine Teflonfolie 17 auf die in diesem Fall unten liegende Oberseite 1a der Stichplatte 1 aufgelegt und die Stichplatte 1 sowie die Teflonfolie 17 zusammen mit einem starren Träger 18 fest verspannt werden. Danach wird wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Dosierhohlnadel 10 eine genau festgelegte Menge des flüssigen transparenten Klebers in die Bohrung 5 gefüllt und anschließend in der beim Ausführungsbeispiel 1 geschilderten Weise ausgehärtet.

Nach Fertigstellung des Stopfens 14 wird ein auf einer Sensorplatine 19 angeordneter optoelektronischer Lichtempfänger 20 mit Hilfe eines hohlen Distanzstückes 21 an der Unterseite der Stichplatte 1 befestigt. Ein von der Sensorplatine 19 ausgehendes Anschlußkabel 22 ist durch eine Aussparung 23 des Distanzstückes 21 hindurchgeführt.

Statt der in den Fig. 2 bis 5 dargestellten plankonvexen Linsenform kann der transparente Stopfen auch die Form einer Meniskenlinse haben. Auch ist es möglich, eine woanders vorgeformte fertige, z. B. aus Glas bestehende Linse mit konvexer Oberfläche in die Bohrung einzukleben, was jedoch kostenintensiver als die Herstellung an Ort und Stelle ist.

Claims (9)

1. Optische Durchführung für den Strahlengang einer eine Lichtquelle und einen optoelektronischen Empfänger aufweisenden Lichtschranke durch eine das Nähgut in einer Nähmaschine berührende Gleitfläche, mit einer Bohrung, die den die Gleitfläche aufweisenden Körper durchdringt und an der Gleitfläche mittels eines transparenten Stopfens verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (6; 14) als Linse mit wenigstens einer konvexen Linsenoberfläche (7; 15) ausgebildet und so dimensioniert ist, daß er die Lichtquelle auf den Lichteintritt des optoelektronischen Empfängers (11; 20) abbildet.

2. Optische Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die konvexe Linsenoberfläche (7) oberhalb der Ebene der Gleitfläche (1a) erstreckt.

3. Optische Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine als konvexe Linsenoberfläche ausgebildete Stirnseite (15) des Stopfens (14) von der Gleitfläche (1a) abgekehrt ist und die andere Stirnseite (16) als plane Fläche ausgebildet ist und mit der Ebene der Gleitfläche (1a) fluchtet.

4. Optische Durchführung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (6; 14) eine in der Nähmaschinen-Stichplatte (1) befindliche und nach unten zum Lichteintritt des optoelektronischen Empfängers (11; 20) führende Bohrung (5) verschließt.

5. Optische Durchführung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Bohrung (5) zumindest in dem von dem Stopfen (6; 14) ausgefüllten Teil hinterschnitten ist.

6. Optische Durchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung ein Innengewinde (5a) in der Bohrung (5) ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines Stopfens für eine optische Durch­ führung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (5) einseitig verschlossen und anschließend ein Tropfen eines fließfähigen und aushärtbaren transparenten Kunststoffs von oben in die Bohrung (5) eingebracht wird, der hinsichtlich Menge, Viskosität und Oberflächenspannung so gewählt ist, daß er von selbst die linsentaugliche Oberflächenwölbung (7; 15) annimmt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Stopfens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmasse aus einem vernetzten Reaktionsharz besteht.

9. Verfahren zur Herstellung eines Stopfens nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (6; 14) zugleich als Filter für Licht bestimmter Wellenlängen ausgebildet ist, indem der Kunststoffmasse lichtabsorbierende Substanzen beigemischt sind.