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Antrieb für eine axial hin und her gehende und seitlich ausschwingbare
Nadelstange einer Nähmaschine Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine axial
hin und her gehende und seitlich ausschwingbare Nadelstange einer Nähmaschine.
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Gemäß der Erfindung wird für den Antrieb der Nadelstange ein nach
dem Prinzip des Kardankreispaares arbeitendes Getriebe verwendet, mit dessen um
den Mittelpunkt eines Getriebekörpers umlaufenden und mit ihm in einem Größen- oder
entsprechenden Übersetzungsverhältnis vom i :2 stehendem Getriebekörper die Nadelstange
für axiale Hin-und Herbewegung gelenkig verbunden ist, während ein, der Nadelstange
die seitliche Schwingbewegung erteilendes Führungslager mit dem Getriebemittelkörper
verbunden ist, der zur Erzeugung der Schwingbewegung verdrehbar ist. Das Führungslager
kann von einem Gehäuse getragen werden, das die Getriebekörper und den größten Teil
der Nadelstange umschließt und an :dem Getriebemittelkörper befestigt ist. Bei Ausbildung
des Getriebemittelkörpers als Stirnrad bzw. Kettenrad und gegebenenfalls bei über
ein oder mehrer-- Zwischenräder in Eingriff mit demselben stehenden Umlaufrad ist
das Führungslager mit der Tragwelle des Mittelrades fest verbunden und an dem Lager
der Tragwelle für die Schwingbewegung gelagert. Das Führungslager kann mit einem
Arm verbunden sein, der mit seinem Ende in eine Steuerkurve eines Antriebkörpers
eingreift, deren Form die seitliche Schwin gbewegung der Nadelstange bestimmt.
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Die Umwandlung einer Drehbewegung- in eine hin und her gehende Bewegung
beispielsweise für Kolben durch Kardankreisgetriebe ist an sich bekannt. Es ist
auch nicht mehr neu, den dem großen Kardankreis entsprechenden Getriebeteil zu verdrehen,
um die Hubrichtung und gleichzeitig den Hubweg des hin und her gehenden Teiles zu
verändern. Die vorliegende Anwendung des Kardankreisgetriebes bringt jedoch eine
neuartige Anwendungsweise des Getriebes mit sich, indem bei gleichbleibendem Hubweg
lediglich die Hubrichtung der axial bewegten Nadelstange geändert wird. Außerdem
führt
die neuartige Anwendung des Kard-ankreisetriebes auf dem Gebiete
des Nähmaschinenhaues zti besonderen Vorteilen. Da keine Biegebeanspruchung während
der Hin- und Herbewegung der Naclelstange auch in seitlich ausgeschwungener Lage
auftritt, kann dieselbe leichter gebaut werden, so claß auch die Lagerung der Nadelstange
einen leichteren Bau und kürzere Länge erhalten kann. Die Ausführung wird deshalb
gedrungen, und es können liöliere Nähgeschwindigkeiten angewandt «-erden, ohne entsprechend
gröl)ere Erschütterungen erwarten zu müssen. Infolge Fehlens seitlicher Kräfte bei
Bewegung der Nadelstange in seitlich ausgeschwungener Lage ist die Abnutzung geringer,
so daß mit einer längeren Lebenszeit des Nadelstangenantriebes gerechnet werden
kann.
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Bei einfachster Ausbildung des Trägers des Führungslagers wird ein
Schutzgehäuse für das ganze Getriebe erhalten, in dem auch die Nadelstange. selbst
zum gröläeren Teil geschützt untergebracht ist. Auch bei einem nach dein Kardankreisprinzip
arbeitenden Getriebe, in dem anstatt rler Innenverzahnung des großen Getriebekörpers
ein Stirnrad bzw. Kettenrad verwendet wird, gestaltet sich die Anordnung des Führungslagers
baulich einfach. Das vierdrehbare 'Führungslager bietet auch eine einfache Lösung
für eine Kraftsteuerung der seitlichen Bewegungen der Nadelstange.
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D ie -en stellen einfache Awfüh-, Zeichnun-, rungsheispiele
dar.
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Fig. i ist ein Längsschnitt durch das Getriebe.
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Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Teil des Getriebes nach der Linie
2-2 der Fig. i. «-O-bei einzelne Teile des Getriebes in anderer Lage als in Fig.
i gezeigt sind.
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Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 3-,3 der Fig. i in größerem
\Iaßstabe, Fig. .I -neigt den unteren Teil des Getriebes der Fig. i in der Richtung
des Pfeiles 4, Fig. 5 ist eine vordere Ansicht einer anderen Ausführungsform.
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Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5.
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Fig.6a zeigt ein anderes Rädergetriebe, das in der Ausführungsform
nach Fig. 5 und fi verwendet werden kann, und Fig. 7 deutet die Verwendung von Kettenrädern
in der Ausführung der Fig -. 5 und 6 an. Die Antriebswelle i i für die Nadelstange
io einer Nähmaschine ist hei 12 und 13 in dein Kopf 14 der Nähmaschine gelagert
(Fig. 1). Das vordere Ende 1,5 der Welle ii hat eine Scheibe 16 mit einem Kurbelzapfen
1;, der drehbar ein Stirnrad 1$ unterstützt. Das Zahnrad 18 ist in IZeständigem
Eingriff finit der Innenverzahntnig 2o eines ringför-
| m:gen Zentralrades ig, «-elches entweder finit |
| einem "feil 26 verbunden ist oder aus einem |
| Stück in:t deniselh#jn besteht. Dieser Te:l 26 |
| ist drehbar bei 27 im KO1if 14 der Maschine: |
| unterstiitzt und bildet das Lager 1 2 für die |
| Welle i i. Das Unilaufrad oder Stirizaliiira<I |
| i N hat einen Arin 22, welcher den Ktirl>:#lzal>- |
| fen 23 der Nadelstange io führt. Die Nadel- |
| stange wird bei 24 für hin und her gehende |
| Ilewegung radial finit Bezug auf die _@clise |
| de: "Zentralrades i9 in einem Geliätise 23 ge- |
| führt. Dieses Gehäuse 23 sitzt auf einem |
| zylindrischen heil 32 des Teiles 2( i und ist |
| lila dein letzteren durch Schrauben 33 für |
| Schwingung mit denn Teil 26 verbunden. Da- |
| durch wird das (=Gehäuse 25 finit der Nadel- |
| stangenführung 24 zusammen finit dein 7en- |
| tralrad icl geschwungen. |
| Die (#liersetzung zwischen den Zähnen des |
| Stirnrades i8 und des Zentralrades i9 finit |
| Innenverzahnung ist 1 : 2, und der Zapfen 23 |
| hat von der Achse X-X des Kurbelzapfens 17 |
| (F:g. 1 und 3) einen Äbstand. dir genau ein |
| Viertel de: '1'eilkre:sdurchinessers .1 des 7en- |
| tralrades i(-) ist. |
| Es .vird sich deshalll der Za1>fell 23 über |
| den geradlinigen Weg bewegen. welcher gleich |
| :st dein TeilkreisclurchmesserA des Zentral- |
| rades io, wenn das Umlaufrad 18 auf den |
| Innenzähnen 2o des Zentralrades ic) über |
| ieo i irad abrollt. gleich ob in der Stelltnig |
| i8" oder r8,, der Fig.3 begonnen wird. |
| Die Fig.3 zeigt verschiedene Lagen des |
| Stirnrades i8, während dasselbe auf dein |
| Ringzahnrad iy sich in einem Bogen von |
| 36o Graden bewegt. In der Anfangslage i8" |
| des Umlaufrades 18 befindet sich der Zapfen |
| 23 :n seiner obersten Stellung. wobei ange- |
| noniiiieli :st. daß sich die Nadelstange io senk- |
| recht auf und ab bewegt. Es entspricht des- |
| hall) die Zahnradlage 18 @, der Fig. 3 der Lage |
| dieses "Zahnrades in Fig. i. Rollt nun <las |
| Zahnrad 18 auf den Innenzähnen 20 von der |
| Lage 18" in die Lage 18h, so 1)e\\-egt sich der |
| Zapfen 23 auf dein Durchmesser Y des Zahn- |
| rades ig von der Lage 23U in die Lage 23n, |
| und die Nadelstange io wird eine Hälfte ihrer |
| _\1nriirts- oder Arbeitsbewegung vollendet |
| haben. Rollt nun das Zahnrad 18 %\-eiter von |
| der Lage igl, in die Lage so wird der |
| Zapfen 23 sich weiter in derselben geraden |
| Linie y in die Lage 23- bewegcil, in welcher |
| die Nadelstange io ihre unterste Stellung er- |
| reMit hat. ße:m Weiterrollen des Umlauf- |
| racies 18 von der Lage r8,. in die Lage 18,i |
| wird sich der Zapfen 23 in umgekehrter |
| Richtung auf der geraden Linie 3, in llie |
| Lage 23,i bewegen, und die Nadelstange io |
| wird einen senkrechten Weg nach oben zu- |
| rücklegen, der denn Abstand 23,. 1>:s 23,1 eilt- |
| spricht. Beim Weiterrollen des Umlaufrades |
i8 von der Lage 18,1 in die Anfangslage 18, wird' der Zapfen 23
wieder auf der Geraden y von der Lage 23d in die Anfangslage
23, zurückbew.egt,
wodurch die Nadelstange io in ihre oberstr Anfangslage zurückgekehrt ist.
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Drehung der Antriebswelle i i und dadurch des Kurbelzapfens 17 verursacht
das Abrollen des Umlaufzahnrades 18 auf den Innenzähnen 26 und die Hin- und
Herbewegung der 1\Tadelsta:nge io. Es entspricht eine Umdrehung der Welle i i einer
vollständigen Auf- und Abbewegung der Nadelstange, wie aus Fig.3 zu ersehen ist.
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Die Nadelstange io wird eine wirklich harmonische Bewegung durchführen,
wenn die Antriebswelle ii gleichmäßig gedreht wird. Dies deshalb, da die Projektion
der im Eingriff befindlichen Zähne der Zahnräder i8 und i9 in jeder Lage des Umlaufrades
i8 auf den geradlinigen Weg y der Bewegung des Zapfens 23 mit der entsprechenden
Lage des Zapfens 23 übereinstimmt. Dies geht klar aus den Zahnradlagen 18n, i9,v,
igl und 18d und den entsprechenden Zapfenlagen 23" -31" 23, und 23,1 hervor.
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Um die Nadelstange hin und her zu schwingen, ist es nur notwendig,
das Zentralrad i9 zusammen mit dem Träger 25 zu schwingen. Werden das Zentralrad
i9 und der Träger 25 entgegengesetzt dem Uhrzeiger gedreht, so wird das Umlaufrad
i8 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, wodurch der Zapfen 23 in der Stellung
23, zum Beispiel nach einwärts von dein Teilkreisdurchmesser Ales Zentralrades
bewegt wird. Es wird mit anderen Worten der Zapfen 23 von seiner äußersten Lage
gegen die Achse des Zentralrades zu. bewegt. Um den Zapfen 23 danach in seine äußerste
Lage zu bringen, muß die Scheibe 16 mit dem Kurbelzapfen 17 entgegengesetzt
dem Uhrzeiger gedreht werden. Es wird deshalb der Durchmesser, auf welchem der Zapfen
23 sich dann bewegt, nicht mehr mit der senkrechten Linie y zusammenfallen, sondern
wird mit Bezug auf dieselbe geneigt sein und beispielsweise die Gerade Z (Fig. 3)
sein. Wenn das Zentralrad r9 und der Träger 25 etwas in Uhrzeigerrichtung (Fig.3)
gedreht werden und dann der Kurbelzapfen 17 gedreht wird, so, wird der Zapfen 23
,auf einem Durchmesser wandern, welcher Z' sein mag, was von dein Winkel abhängt,
um welchen das Zentralrad i9 und der Träger 25 im Uhrzeigersinn (Fig.3) gedreht
wurden. Es ist deshalb für eine Ausführung mit hin und her gehender Nadelstange
nur notwendig, das Zentralrad i9 und den Träger 25 mit der Nadelstange zu schwingen.
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Die Schwingung. des Zentralrades i9 und des Trägers 25 kann auf verschiedene
Weise erreicht werden. In gegenwärtigem Fall hat der -Teil 26 oder der Träger 25
einen seitlichen Arm 4o (Fig.4) mit einer Rolle 42, welche in einer geschlossenen
Nut 44 einer Kurvenscheibe.I6läuft. Die Nut.Id.hat zwei gegenüberliegende exzentrische
Teile 48. von denen einer in Fig. 4. gezeigt ist, welcher zwischen zwei konzentrischen
Nutenteilen 5o, ,52 verschiedenen Durchmessers liegt. Die Kurvenscheibe .46
kann in beliebiger Weise mit i oder ? Geschwindigkeiten mit Bezug auf die Welle
i i (Fig. i) angetrieben werden, so _laß die Nadelstange für jede Hiil- und Herbewegung
seitwärts bewegt wird. Natürlich ist es -ohne weiteres möglich, die Kurvenscheibe
.46 durch .andere Mittel zu ersetzen, um die seitliche Verschiebung der Nadelstange
nach jeder beliebigen Anzahl von Hin-und Herbe-,vegungen zu veranlassen.
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Die geänderte Ausfülirtingsforin der Fig. 5 und 6 weicht von der ersten
Ausführungsform hauptsächlich dadurch ab, daß das Zentralrad mit Innenverzahnung
durch ein. Zentralrad finit Stirnverzahnung ersetzt wird und das durch den Kurbelzapfen
bewegte Umlaufrad mit dem Stirnrad durch ein Zwischenrad verbunden ist, welches
mit dem Umlaufrad umläuft. Zu diesem Zweck ist eine Kurbel 6o mit einer Hülse 61
vorgesehen, in welcher koahial eine Welle 62 gelagert ist, die an einem Ende ein
Stirnräd 63 trägt. Die Hülse 61 selbst ruht in einem Lager 6:I, welches in dem Kopf
(nicht gezeigt) der Nähmaschine eingebaut ist oder aus einem Stück mit demselben
besteht. Ein Zahnrad 65 ist mit der Hülse 61 verkeilt. Das Zahnrad 65 ist in Eingriff
mit einem Zahnrad 66 auf einer Antriebswelle 67. Drehbar gelagert auf der Kurbel
6o befindet sich das Umlaufrad 68, welches mit dem Zentralrad 63 durch ein Zwischenrad
69, welches auch in der Kurbel 6o drehbar gelagert ist, verbunden ist. Das Zahnrad
68 hat einen Arm 70 für den Drehzapfen 71 der Nadelstange i o. Ein Arm
72
ist koaxial mit Bezug auf die Hülse 61 vorzugsweise auf der bearbeiteten
zylindrischen Oberfläche 73 des Lagers 64 gelagert und bildet gleichzeitig ein Lager
oder eine Führung 7,4 für die Nadelstange. Der Arm 72 ist durch einen Zapfen 75
mit dem freien Ende der Welle 62 verbunden. Dadurch sind das Stirnrad 63 und der
Arm 72 um die Achse der Welle 62 schwingbar. Axiale Be-"vegung des Armes
72 auf der Lagerfläche 73 wird durch einen Bund 76 verhindert, welcher den Arm gegen
eine bearbeitete Schulter 77 des Lagers 64 hält. Axiale Bewegung der Hülse 61 im
Lager 6:4 wird durch eine Schulter 78 der Hülse und durch das Zahnrad 65 verhindert.
Axiale Bewegung der Welle 62 in der Hülse 61 wird durch den Zapfen 75, welcher die
Welle mit dem- Arm 72 verbindet,
verhindert. Der Arnt -2 hat einen
sich seitwärts erstreckenden Arm So (Fig. 5) .mit einer Rolle 81, die in einer Nut
82 der Kurvenscheibe 83 läuft, die in ähnlicher Weise angetrieben ist wie die Kurvenscheibe
46 der Fig. 4., um Schwingen des Armes 72 mit dem Zentralstirnrad 63 zu verursachen.
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Wie in Fig. 5 gezeigt ist, führt das Lager 74 die Nadelstange für
radiale Hin- und Flerbewegung mit Bezug auf das Zahnrad 63 und, da der Arm 72 koaxial
mit Bezug auf das Rad 63 gelagert ist, wird die Nadelstange für Hin- und Herbewegung
radial mit Bezug auf das Zahnrad 63 in irgendeiner Lage des Arines 72 geführt. Die
Übersetzung zwischen dein Rad 68 und 63 ist 2 : i, und der Zapfen 71 ini Arm
70 hat einen Abstand von der Achse des Rades 68, der gleich ist dem zwischen
der letzteren Achse und der Achse des Rades 63.
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Infolge der Übersetzung zwischen den Rä-<iern und dein Abstand
des Zapfens 71 von der Achse des Umlaufrades 68 wird der Zapfen 71 bei Drehung der
Kurbel 6o in einer Geraden hin und her bewegt. welche die Achse des Zahnrades 63
schneidet. Wenn die Kurbel 6o mit gleichförmiger Geschwindigkeit angetrieben wird,
ist außerdem die hin und her bewegende;Bewegung des Zapfens 71 harmonisch. Dies
geht aus Fig. 5 der Zeichnung hervor. In der angenommenen Ausgangsstellung
68, des Umlaufrades 68 ist der Arm 70 radial mit Bezug auf das Zentralrad
63 angeordnet, und der Zapfen 71 ist in seiner Endlage 74 Wenn der Zapfen 71 sich
harmonisch auf der Strecke X-X hin und her bewegt, so muß derselbe beispielsweise
mit dem Zentralrad63 nach einer Viertelumdrehung der Kurbel 6o koaxial angeordnet
sein, d. h. er hat sich aus seiner Endlage 6o, in die strichpunktiert gezeigte Lage
Gor, bewegt. Wird nun angenommen, daß die Kurbel 6o diese Viertelumdrehung von der
Anfangslage in die strichpunktiert gezeigte Lage Gor, ohne Drehung des Stirnrades
68 um seine Achse vorgenommen hat, so würde dann der Arm 70 sich in der Lage
7o, befinden. d. h. er würde um iSo Grad von der Lage 701, des Armes 70 gedreht
sein. Da. jedoch das Übersetzungsverhältnis zwischen den Rädern 68 und 63 2: 1 ist
und das Zwischenrad 69 eine Drehung des Rades 68 um seine eigene Achse in einer
Richtung entegen der Kurbel 6o verursacht, so wird das' Zahnrad 68 entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn mit Bezug auf Fig. 5 über einen Bogen von i So Graden gedreht,
während die Kurbel 6o im Uhrzeigersinn 9o Grad aus ihrer Anfangslage Goa in die
strichpunktiert gezeigte Lage Gor, bewegt wird. Dadurch befindet sich der Arm 7o
in der Lage 70b, wenn die Kurbel die strichpunktierte Lage hob einnimmt. Infolge
des erwähnten- Abstandes des Zapfens 71 voll der Achse des Rades 68 wird der Zapfen
sich auch auf der Linie X-X befinden, d. h. koaxial mit dein Rad 63, «renn der Kurbelzapfen
sich in der Lage hob befindet. In jeder anderen Lage der Kurbel 6o befindet sich
der Zapfen 71 auf irgendeinem Punkt des geraden Weges X-X, über welchen die harmonische
Bewegung des Zapfens 71 stattfindet, wenn die Kurbel gleichmäßig angetrieben wird.
Dies geht auch aus der strichpunktiert gezeigten Lage 71, des Zapfens 71 hervor,
wenn sich die Kurbel in die Lage 6oC bewegt hat. In dieser Lage schneidet die Achse
Y-%' der Kurbel bei Z den strichpunktiert gezeigten Kreis Z', dessen Durchmesser
gleich ist dein des Ausschlages X' -X' des Zapfens 71 und deshalb dem der Nadelstange
io. Die Lage 71, des Zapfens fällt mit der Projektion des Schnittpunktes Z auf den
geraden Weg X-X zusammen. Auf diese Weise fällt die Lage des Zapfens 71 auf den
Weg X-X in jeder Kurbellage zusammen mit der Projektion des Schnittpunktes zwischen
den Kreis Z' und der Kurbelachse Y-Y auf den Weg X-X. Es wird deshalb der Zapfen
71 und die Nadelstange io sich harinonisch bei gleichmäßiger Drehung der Kurbel
6o hin und her bewegen.
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Bei gleichzeitiger Schwingung des Armes 72 und des Zentralrades 63
durch die Kurvenscheibe 83 wird das Umlaufrad 68 um seine Achse gedreht, daß der
Zapfen 71 sich mit der Na.delstange io bewegt, so daß die Längsachse der letzteren
immer die Achse des Zentralrades 63 schneidet. Um dies näher auszuführen. sei angenommen,
daß der Arm 72 und das Zentralrad 63 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn uni
:-Grade (Fig.5) mit Bezug auf die Kurbel 6o in der Lage Goa gedreht werden, so daß
die Nadelstange in eine Lage geschwungen wird, in welcher ihre Längsachse mit dem
strichpunktiert gezeigten Durchmesser X"-,V" zusammenfällt. Während der Drehung
entgegengesetzt (lern IThrzeigersinn oder besser des Schwingens des Armes 72 und
des Zentralrades 63 um A-Grade wird das Umlaufrad 68 entgegen dem Uhrzeigersinn
über B-Grade gedreht werdest, wobei der Winkel B gleich dem Winkel z g ist infolge
der Übersetzung zwischen den Zahnrädern 68 und 63, wodurch des- Arm 70 des
Zahnrades 68 in die strichpunktiert gezeigte Lage 70d gedreht wird, welche der Lage
71" des Zapfens 71 entspricht, d. lt. in eine Lage auf der neuen Linie X"-X" für
die harmonische Hin- und Herbewegung der Nadelstange io. Es wird deshalb die -Nadelstange
io, wenn die Kurvenscheibe nicht wirkt, in irgendeine beliebige Winkellage für harmohische
Hin- und Herbewegung gebracht werden können. Es ist weiter der Ausschlag
der
Nadelstange ohne Rücksicht auf die Richtung der Hin- und Herbewegung immer derselbe.
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Während in den Fig. 5 und 6 das Zahnrad 63 zweimal so groß ist wie
das Zahnrad 68 und ein Zwischenrad 69 sich zwischen den Zahnrädern befindet,
ist dies nicht unbedingt notwendig zur Bewegung,der Nadelstange 1o. Es könnten auch
die Zahnräder 68 und 63 gleicher Größe sein oder irgendwelche andere Größe haben,
solange als die Übersetzung i : z beträgt, wie in der Skizze der Fig. 6a dargestellt
ist. In diesem Fall werden zwei koaxiale Zahnräder 69" und 696 verwendet,
welche zusammen um eine gemeinsame Achse drehbar sind und,drehbar auf der Kurbel
6o,. sitzen und mit den Zahnrädern 63x bzw. Gär in Eingriff stehen.
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Die Fig. 7 zeigt eine Anordnung, in welcher die Zahnräder 63 und 68
durch Kettenräder go und g1 ersetzt sind und eine Kette g2, die das Zwischenrad
69 ersetzt. Das Kettenrad g1 hat die halbe Anzahl der Zähne des Kettehrades go,
und die Kette verbindet die Räder zur Drehung. Sonst ist die Ausführung gleich er
der Fig. 5 und 6, und deshalb ist auch die Bewegung der Nadelstange die gleiche,
wie dort .ausgeführt wurde.