Die vorliegende Erfindung betrifft eine für eine
Näheinrichtung bzw. Nähmaschine vorgesehene
Betätigungsvorrichtung, aufweisend
- eine Stoffdrückereinrichtung zum Niederhalten
des Nähgutes während der Stichbildung und des
Nähguttransportes,
- als Stellelement für die Stoffdrückereinrichtung
mindestens einen Linearmotor, dessen Antriebsstange
zur Steuerung der Stoffdrückerkraft, die die
Stoffdrückereinrichtung auf das Nähgut ausübt, mit
der Stoffdrückereinrichtung in Verbindung steht.
Die Stoffdrückereinrichtung einer Nähmaschine (im
folgenden umfaßt der Begriff "Nähmaschine" auch
Näheinrichtungen, wobei sich die vorliegende
Erfindung sowohl auf Näheinrichtungen als auch auf
Nähmaschinen bezieht) dient dazu, die Position des
Nähgutes beim Nadeleinstich zu fixieren und auf das
Nähgut in der Transportphase eine Andruckkraft
auszuüben, durch die eine Transporteinrichtung das
Nähgut weiterschieben kann.
In der Vergangenheit wurde in diesem Zusammenhang
immer wieder versucht, die durch die
Stoffdrückereinrichtung ausgeübte Andruckkraft mit
Hilfe von Elektromagneten zu erzeugen. Da mit höher
werdender Nähgeschwindigkeit die für das einwandfreie
Zusammenwirken mit der Transporteinrichtung
erforderliche Stoffdrückerkraft sehr hoch ist,
scheiterten diesbezügliche Versuche mit
Elektromagneten unter anderem am nichtlinearen
Verhalten der Elektromagnete in bezug auf Stromfluß
und Kraft in Verbindung mit der jeweiligen Position.
Ein alternativer Lösungsansatz ist in der US-A-4 214
540 beschrieben. Gemäß dieser Druckschrift drückt
eine Feder über einen Hebel auf den Stoffdrückerfuß,
wobei der Hebel in der Mitte gelagert ist. Ein
Linearmotor greift auf den Lagerpunkt, so daß sich
durch Verschiebung des Lagerpunktes die
Hebelverhältnisse ändern und damit die Kraft auf den
Stoffdrückerfuß verstellt wird.
Bei diesem in der US-A-4 214 540 vorgestellten
Prinzip erweist es sich jedoch als ausgesprochen
problematisch, daß die hohe Kraft des
Stoffdrückerfußes auf indirekte Weise durch einen
relativ schwachen Linearmotor verstellt wird. Die
diesbezügliche technische Realisierung ist nicht nur
kompliziert, sondern auch kostspielig, da eine sehr
hohe Positionsgenauigkeit des Linearantriebs
erforderlich ist.
Ferner ist eine Nähmaschine mit einer
Stoffdrückereinrichtung bekannt (US-A1 383 438), die aus
einer Stoffdrückerstange, einem Stoffdrückerfuss und einem
Elektromagnet besteht, der mit einer Blattfeder verbunden
ist, die auf das obere Ende der Stoffdrückerstange drückt.
Auf diese Weise dient der Magnet einerseits zum
Abwärtsbewegen des Stoffdrückerfusses von der Ruhe- in die
Arbeitsstellung und andererseits zum Erzeugen der
Andruckkraft des Stoffdrückerfusses auf das zu nähende
Werkstück. Nach dem Abschalten des Elektromagneten bewirkt
eine auf der Stoffdrückerstange angeordnete Feder die
Zurückbewegung des Stoffdrückerfusses in die Ruhestellung.
Die vom Elektromagnet bewirkte Andruckkraft wird mit Hilfe
einer Anschlagschraube eingestellt, indem dieser einen
höhenverstellbaren Anschlag für die Magnetstange bildet.
Eine weitere Möglichkeit zur Veränderung der Andruckkraft
ist durch eine weitere Schraube gegeben, die auf eine
streifenförmige Platte wirkt. Für den Betrieb des
Elektromagneten ist ein einfacher Schalter vorgesehen, der
nur 2 Schaltzustände besitzt und dazu dient, der
Stromkreis zu schliessen und zu öffnen. Somit wird bei
dieser bekannten Stoffdrückereinrichtung die Andrückkraft
des Stoffdrückerfusses nicht über eine variable
Bestromung, sondern allein durch Verändern einer
Federkraft eingestellt. Die Blattfeder soll bewirken, dass
der Stoffdrückerfuss die üblichen kurzen vertikalen Aufund
Abbewegungen während des Nähens ausführen kann. Auf
diese Weise wird verhindert, dass die durch die
Viereckbewegung des nicht dargestellten Stoffschiebers
bewirkten Auf- und Abbewegungen des Stoffdrückerfusses
entsprechende Bewegungen der Magnetstange hervorrufen.
Andernfalls würde nämlich diese bei jeder Abwärtsbewegung
auf die Anschlagschraube stossen und ein lautes Geräusch
verursachen.
Es ist weiterhin eine Nähmaschine mit einer
Stoffdrückereinrichtung bekannt (DE-U 88 07 493), bei der
die auf einen Lenker eines alternierenden
Andruckmechanismus wirkende Andruckkraft mit Hilfe eines
mehrstufigen, einfach wirkenden Pneumatikzylinders und
einer dazwischen geschalteten Feder erzeugt wird. Somit
ist hierbei der die Stoffdrückerstangen und die Füsse
umfassende Teil des Andruckmechanismus gegenüber dem
druckerzeugenden Antriebsteil, nämlich dem
Pneumatikzylinder entkoppelt. Da die bekannte Einrichtung
aber weder einen Linearmotor aufweist, noch die
Andruckkraft in Abhängigkeit von der Drehzahl steuerbar
ist, konnte sich diese bekannte Nähmaschine im Markt nicht
durchsetzen.
Schliesslich ist eine Nähmaschine bekannt (DE-PS 822 190),
bei der mit Hilfe eines mechanischen Drehzahlreglers eine
Drehzahl abhängig, d.h. mit zunehmender Drehzahl
anwachsende Stoffdrückerkraft erzeugt wird. Ein mechanisch
arbeitender Drehzahlgeber ist aber für schnell laufende
Nähmaschinen ungeeignet.
Durch die US-A-5 551 361 ist eine Nähmaschine
bekannt, bei der die Stoffdrückereinrichtung eine von
der Krafteinwirkung des Stoffschiebers unbeeinflußte
konstante Andruckkraft auf das Nähgut ausüben soll.
Zu diesem Zweck ist die Stoffdrückerstange mit einem
Kraftsensor verbunden, der zur Ermittlung der
aktuellen Stoffdrückerkraft dient. Diese Meßsignale
werden in Steuerungssignale für einen Linearmotor
umgeformt, der auf dem Nähmaschinengehäuse befestigt
ist, wobei die Stoffdrückerstange zugleich die
Antriebsstange des Linearmotors bildet.
Abgesehen davon, daß bei dieser
Stoffdrückereinrichtung ein erheblicher
steuerungstechnischer Aufwand getrieben wird, besteht
ein weiterer, sehr wesentlicher Nachteil darin, daß
die Stoffdrückerstange unmittelbar mit der
Antriebsstange des Linearmotors verbunden ist bzw.
daß beide Stangen ein gemeinsames Bauteil bilden. Da
diese Stange zusätzlich auch noch eine Spule bzw. die
beweglichen Teile des Linearmotors trägt, ergibt sich
eine insgesamt sehr große zu bewegende Masse. Zur
Beherrschung der entsprechenden Massenträgheitskräfte
müssen daher vom Linearmotor insbesondere bei hohen
Drehzahlen der Nähmaschine sehr hohe Kräfte
aufgebracht werden, damit sich der Stoffdrückerfuß
nicht vom Stoffschieber abhebt. Die hohen
aufzubringenden Kräfte bewirken wiederum starke
Vibrationen der Nähmaschine.
Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen
und Unzulänglichkeiten liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Betätigungsvorrichtung so auszubilden, daß die
Kraftübertragung auf die Stoffdrückereinrichtung auf
unmittelbare, mechanisch einfache und doch präzise
Weise erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungsvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst,
bei der gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung
die Antriebsstange mit der Stoffdrückereinrichtung
über mindestens ein federndes massearmes
Kopplungselement in Verbindung steht und bei der die
Stoffdrückereinrichtung durch den Linearmotor
zwischen einer angehobenen Stellung und einer
abgesenkten Stellung bewegbar ist.
Indem die Betätigungsvorrichtung als Stellelement für
die Stoffdrückereinrichtung mindestens einen
Linearmotor aufweist, dessen Antriebsstange zur
Steuerung der Stoffdrückerkraft, die die
Stoffdrückereinrichtung auf das Nähgut ausübt, mit
der Stoffdrückereinrichtung in Verbindung steht,
erfolgt die Kraftübertragung auf die
Stoffdrückereinrichtung auf unmittelbare, mechanisch
einfache und doch präzise Weise. Da die
Krafteinwirkung beim Linearmotor von der Richtung des
Stromflusses abhängig ist, wird die
Stoffdrückereinrichtung in einer Stromflußrichtung
angehoben und in der anderen Stromflußrichtung
niedergedrückt, so daß die Stoffdrückereinrichtung
gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung durch den
Linearmotor zwischen einer angehobenen Stellung und
einer abgesenkten Stellung bewegbar ist.
Aus diesem Grund ist der Linearmotor als
unmittelbares Stellelement für die
Stoffdrückereinrichtung in besonders überzeugender
Weise geeignet, was sich von dem in der Vergangenheit
weit verbreiteten Lösungsansatz, nämlich der
Erzeugung der Andruckkraft mittels Federvorspannung,
insofern unterscheidet, als letzterer, technisch
überkommener Lösungsansatz zum Anheben der
Stoffdrückereinrichtung ein zusätzliches
Stellelement, beispielsweise einen Elektromagneten,
verlangt. Im Gegensatz dazu dient der Linearmotor bei
der vorliegenden Erfindung nicht nur zur Erzeugung
der Stoffdrückerkraft, sondern wird auch zum Anheben
und Absenken der Stoffdrückereinrichtung verwendet.
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung hingegen
steht die Antriebsstange mit der
Stoffdrückereinrichtung über mindestens ein federndes
massearmes Kopplungselement in Verbindung. Auf diese
Weise wird die Antriebsstange des Linearmotors von
der Stoffdrückereinrichtung entkoppelt, so daß die zu
bewegenden Massen gering gehalten sind.
In diesem Zusammenhang ist es an sich bekannt, bei
einer Stoffdrückereinrichtung die bewegten Massen
gering zu halten. So offenbart beispielsweise die
DE-A-32 17 826 eine hohle Stoffdrückerstange, in der
ein entsprechend ausgebildeter Schaft des
Stoffdrückerfußes verschiebbar aufgenommen ist. Auf
den Schaft drückt eine in der Stoffdrückerstange
angeordnete Feder, die sich ihrerseits an einer
verstellbaren Stange abstützt. Der Schaft des
Stoffdrückerfußes ist mittels einer Halterungsplatte
in einem etwas größeren Schlitz der hohlen
Stoffdrückerstange aufgenommen, wodurch eine
begrenzte vertikale Verschiebebewegung des
Stoffdrückerfußes relativ zur hohlen
Stoffdrückerstange möglich ist. Eine zweite stärkere
Feder übt über ein an der hohlen Stoffdrückerstange
befestigtes Führungsteil eine einstellbare Druckkraft
auf die hohle Stoffdrückerstange aus, wobei deren
Federweg durch einen an ihr befestigten Kragen
begrenzt wird, der sich an einer festen
Führungsbuchse abstützt.
Diese Konstruktion zur Verringerung der bewegten
Massen ist auf eine Stoffdrückereinrichtung mit zwei
Federn zugeschnitten und ist wegen der Maßnahmen zur
Begrenzung des Federwegs für die
Stoffdrückereinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung mit nur einem federnden, frei beweglichen
Kopplungselement ungeeignet. Diese Konstruktion
konnte dem Fachmann daher keine Anregung zur
Entwicklung der Betätigungsvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung geben.
Gemäß bevorzugter Ausgestaltungsformen, die
unabhängig voneinander oder in Verbindung miteinander
ausgeführt sein können, ist vorgesehen, daß
- das Kopplungselement eine Schraubenfeder ist;
und/oder
- die Antriebsstange über der
Stoffdrückereinrichtung angeordnet ist; und/oder
- das Kopplungselement eine Blattfeder ist;
und/oder
- die Antriebsstange seitlich versetzt zur
Stoffdrückereinrichtung angeordnet ist; und/oder
- die Stoffdrückereinrichtung eine
Stoffdrückerstange und einen Stoffdrückerfuß
aufweist; und/oder
- der Linearmotor so ausgebildet ist, daß die
Stoffdrückereinrichtung bei nahezu
verschwindendem Stromfluß in einer oberen
Position gehalten ist; und/oder
- die Stoffdrückereinrichtung programmgesteuert
oder tastengesteuert kraftlos schaltbar ist;
und/oder
- der Linearmotor im wesentlichen eisenlos ist;
und/oder
- der Linearmotor mindestens zwei Permanentmagnete
aufweist; und/oder
- die Permanentmagnete rechteckförmig oder
ringförmig sind; und/oder
- das Material der Permanentmagnete auf Eisen,
Neodym und Bor basiert; und/oder
- der Magnetschluß innerhalb des Linearmotors über
ein Gehäuse, über ein Mittelstück und über eine
Luftstrecke mit Spule erfolgt; und/oder
- die ringförmigen Permanentmagnete zueinander
beabstandet angeordnet sind und daß die
Magnetisierung des einen ringförmigen
Permanentmagneten entgegen der Magnetisierung
des anderen ringförmigen Permanentmagneten
gerichtet ist; und/oder
- die Lage der ringförmigen Permanentmagnete im
Gehäuse des Linearmotors durch Abstandsringe
vorgegeben ist; und/oder
- die Spule in mindestens zwei gegensinnig
gewickelte Teilspulen unterteilt ist; und/oder
- die Antriebsstange über mindestens zwei
Lagerbuchsen im Mittelstück geführt ist;
und/oder
- das Mittelstück eine Öffnung aufweist, in der
ein als Gleitstein ausgebildetes Eisenstück oder
ein Stift geführt ist; und/oder
- das Eisenstück oder der Stift mit der
Antriebsstange verbunden ist; und/oder
- die Öffnung zentral im Mittelstück vorgesehen
ist; und/oder
- die Öffnung und/oder das Eisenstück
rechteckförmig ausgebildet sind/ist; und/oder
- an einem Ende des Eisenstücks ein überstehendes,
eine magnetische Anziehungskraft erzeugendes
Teil aus ferromagnetischem Material angeordnet
ist; und/oder
- das überstehende Teil aus Stahl ist; und/oder
- das Eisenstück zur Übertragung der Antriebskraft
auf die Antriebsstange über einen Spulenträger
mit der Spule verbunden ist; und/oder
- die Öffnung als Langloch und der Stift rund
ausgebildet ist; und/oder
- der Stift aus Stahl ist; und/oder
- die Antriebsstange durch mindestens ein
Federelement vorgespannt ist; und/oder
- mindestens zwei Federelemente vorgesehen sind;
und/oder - die Federelemente an beiden Seiten des
Mittelstücks angeordnet sind; und/oder
- der Linearmotor im stromlosen Zustand die
Stoffdrückereinrichtung mittels des mindestens
einen Federelements mit einer Kraft gegen eine
Stichplatte der Näheinrichtung bzw. Nähmaschine
drückt, die in etwa ein Drittel der maximalen
Kraft der Stoffdrückereinrichtung beträgt;
und/oder
- die Richtung und/oder die Stärke des
Stromflusses im Linearmotor durch mindestens
einen Mikroprozessor steuerbar ist; und/oder
- die Bewegung der Stoffdrückereinrichtung durch
den Linearmotor zeitgesteuert erfolgt; und/oder
- kurz vor Erreichen der angehobenen Stellung bzw.
kurz vor Erreichen der abgesenkten Stellung
jeweils eine Umkehr der Stromrichtung im
Linearmotor vorgesehen ist; und/oder
- die Kraft des Linearmotors mittels der
Winkelposition der Hauptwelle der Näheinrichtung
bzw. Nähmaschine steuerbar ist; und/oder
- der Linearmotor in der Transportphase des
Stoffschiebers eine Kraft aufbringt, die der
über das Kopplungselement auf die Antriebsstange
einwirkenden Kraft entgegenwirkt; und/oder
- die Kraft des Linearmotors und die über das
Kopplungselement auf die Antriebsstange
einwirkende Kraft betragsmäßig in etwa gleich
groß ist; und/oder
- der Stromfluß im Linearmotor außerhalb der
Transportphase des Stoffschiebers herabgesetzt
ist; und/oder
- das Kopplungselement bei hohen Drehzahlen der
Näheinrichtung bzw. Nähmaschine eine erhöhte
Vorspannung aufweist; und/oder
- der Stromfluß im Linearmotor bei hohen
Drehzahlen der Näheinrichtung bzw. Nähmaschine
einen Gleichstromanteil aufweist; und/oder
- der Gleichstromanteil des Stromflusses
zeitabhängig und/oder in Abhängigkeit von der
Drehzahl der Näheinrichtung bzw. Nähmaschine
veränderbar ist; und/oder
- die funktionelle Abhängigkeit des Stromflusses
von der Drehzahl der Näheinrichtung bzw.
Nähmaschine nach erstmaliger Ermittlung in der
Näheinrichtung bzw. Nähmaschine speicherbar ist;
und/oder
- der Einschaltpunkt des Stromflusses bei hohen
Drehzahlen der Näheinrichtung bzw. Nähmaschine
um ein Winkelmaß vorverlegbar ist; und/oder
- der Einschaltpunkt des Stromflusses in
Abhängigkeit von der Drehzahl der Näheinrichtung
bzw. Nähmaschine vorverlegbar ist; und/oder
- die Stoffdrückereinrichtung bei der ersten
Stichbildung kraftlos geschaltet ist.
Im einzelnen ist zu den bevorzugten
Ausführungsformen, die unabhängig voneinander oder in
Verbindung miteinander vorgesehen sein können,
folgendes zu erläutern:
Beim Kopplungselement gemäß der Lehre der
vorliegenden Erfindung handelt es sich
vorteilhafterweise um eine Schraubenfeder. Hierdurch
ist zwar einerseits die Antriebsstange des
Linearmotors von der Stoffdrückereinrichtung
entkoppelt, andererseits ist jedoch die erwünschte
direkte Verbindung zwischen der Antriebsstange des
Linearmotors und der Stoffdrückereinrichtung
gewährleistet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung ist die Antriebsstange über
der Stoffdrückereinrichtung angeordnet. Bei einer
derartigen Ausgestaltung erfolgt die Kraftübertragung
von der Antriebsstange des Linearmotors auf die
Stoffdrückereinrichtung auf mechanisch besonders
einfache und doch präzise Weise.
Alternativ zu der vorstehend dargelegten
Ausgestaltung mit Schraubenfeder kann das
Kopplungselement auch in Form einer Blattfeder
ausgebildet sein. Eine derartige Ausführungsform
bietet sich insbesondere dann an, wenn die
Antriebsstange, beispielsweise aus konstruktiven
Gründen, zweckmäßigerweise seitlich versetzt zur
Stoffdrückereinrichtung angeordnet ist.
Die Stoffdrückereinrichtung, die zweckmäßigerweise
programmgesteuert oder tastengesteuert kraftlos
schaltbar ist, weist in bevorzugter Weise eine
Stoffdrückerstange und einen Stoffdrückerfuß auf.
Der Linearmotor ist gemäß einer vorteilhaften
Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet, daß die Stoffdrückereinrichtung bei
nahezu verschwindendem Stromfluß in einer oberen
Position gehalten ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung ist der Linearmotor im
wesentlichen eisenlos. Dies hat den nicht
unmaßgeblichen Vorteil, daß auf die beweglichen Teile
des Linearmotors keine zusätzlichen magnetischen
Kräfte einwirken, so wie dies bei Linearmotoren mit
Eisenteilen unerwünschterweise der Fall ist.
Praktischerweise weist der Linearmotor mindestens
zwei vorzugsweise ringförmige Permanentmagnete auf,
mit denen das magnetische Feld erzeugt wird.
Das Material der Permanentmagnete kann hierbei auf
Eisen, Neodym und Bor basieren, da mit diesen
Magnetwerkstoffen unter preisgünstigen Bedingungen
sehr hohe Energiedichten erzielbar sind. Mit
derartigen, sehr hohen Energiedichten kann auch die
für die Stoffdrückereinrichtung erforderliche Kraft
ohne weiteres in unmittelbarer Weise erzeugt werden.
Der Linearmotor weist zweckmäßigerweise unter anderem
ein Gehäuse, ein Mittelstück und eine Luftstrecke mit
Spule auf. Demzufolge kann der Magnetkreis innerhalb
des Linearmotors praktischerweise über das Gehäuse,
über das Mittelstück und über die Luftstrecke mit
Spule geschlossen werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform
der vorliegenden Erfindung sind die ringförmigen
Permanentmagnete zueinander beabstandet angeordnet,
wobei die Magnetisierung des einen ringförmigen
Permanentmagneten vorteilhafterweise entgegen der
Magnetisierung des anderen ringförmigen
Permanentmagneten gerichtet ist und/oder wobei die
Lage der ringförmigen Permanentmagnete im Gehäuse des
Linearmotors vorzugsweise durch Abstandsringe
vorgegeben ist.
Hierbei kann die Spule zweckmäßigerweise in
mindestens zwei gegensinnig gewickelte Teilspulen
unterteilt sein, wobei die Gesamtinduktivität der
Spule durch diese Art der Wicklung wesentlich kleiner
als die Induktivität einer Teilspule ist, so daß eine
kleine elektrische Zeitkonstante des Linearmotors
gewährleistet ist; hierdurch ist eine winkelsynchrone
Ansteuerung der Motorkraft möglich, und der
Linearmotor ist sehr schnell steuerbar.
In der demzufolge vorzugsweise zweikammerig
aufgeteilten Spule wird hierbei eine Kraft erzeugt,
sobald die Spule von elektrischem Strom durchflossen
ist. Diese Kraft ist proportional zur Stromstärke und
unabhängig vom Ort der Spule, solange sich die Spule
im homogenen Teil des Magnetfeldes befindet; die
Kraftrichtung ist naturgemäß von der Richtung des
Stromflusses abhängig, wobei die Richtung und/oder
die Stärke des Stromflusses im Linearmotor
empfehlenswerterweise durch mindestens einen
Mikroprozessor steuerbar ist.
Unabhängig hiervon oder im Zusammenhang hiermit kann
die Bewegung der Stoffdrückereinrichtung durch den
Linearmotor zeitgesteuert erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung ist die Antriebsstange über
mindestens zwei Lagerbuchsen im Mittelstück geführt.
Das Mittelstück kann eine vorzugsweise zentral
vorgesehene Öffnung aufweisen, in der ein als
Gleitstein ausgebildetes Eisenstück geführt ist, das
vorteilhafterweise mit der Antriebsstange verbunden
ist. Hierbei sind/ist die Öffnung und/oder das
Eisenstück optionalerweise rechteckförmig
ausgebildet. Sinn und Zweck dieses Eisenstücks
bestehen darin, einerseits die Antriebsstange gegen
Verdrehung zu sichern; andererseits soll die
Antriebskraft der Spule über das Eisenstück auf die
Antriebsstange übertragen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist an einem Ende des
Eisenstücks ein überstehendes, eine magnetische
Anziehungskraft erzeugendes Teil aus
ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus Stahl,
angeordnet. Wie vorstehend bereits andeutungsweise
erläutert, kann dieses Eisenstück zur Übertragung der
Antriebskraft auf die Antriebsstange über einen
Spulenträger mit der Spule verbunden sein.
In einer zum als Gleitstein ausgebildeten Eisenstück
alternativen erfinderungswesentlichen Weiterbildung
kann das Mittelstück eine vorzugsweise zentral
vorgesehene Öffnung aufweisen, in der ein
zweckmäßigerweise aus Stahl gefertigter Stift geführt
ist, der vorteilhafterweise mit der Antriebsstange
verbunden ist. Hierbei ist die Öffnung
optionalerweise als Langloch und der Stift
optionalerweise rund ausgebildet. Sinn und Zweck
dieses Stifts bestehen darin, einerseits die
Antriebsstange gegen Verdrehung zu sichern;
andererseits soll die Antriebskraft der Spule über
den Stift auf die Antriebsstange übertragen werden.
Die vorgenannten Eigenschaften und Merkmale sind für
einen Stoffdrückerantrieb in überzeugender Weise
geeignet, da hierdurch die Stoffdrückerkraft in
Abhängigkeit von der Drehzahl der Nähmaschine
verstellbar ist. Die erforderliche Andruckkraft für
die Stoffdrückereinrichtung ist jedoch relativ hoch,
so daß ein Direktantrieb, wie er bei dieser Erfindung
vorliegt, größere Dimensionen des Linearmotors
bedingen würde. Um jedoch eine kompakte Bauweise des
Linearmotors zu gewährleisten, ist die Antriebsstange
gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung
der Betätigungsvorrichtung durch mindestens ein
Federelement vorgespannt.
Wenn gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform der
vorliegenden Erfindung mindestens zwei Federelemente
vorgesehen sind, so sind diese Federelemente in
bevorzugter Weise an beiden Seiten des Mittelstücks
angeordnet, um eine zusätzliche Momentenerzeugung auf
zuverlässige Weise zu verhindern.
Hierbei sollte der Linearmotor im stromlosen Zustand
die Stoffdrückereinrichtung mittels des mindestens
einen Federelements mit einer Kraft gegen eine
Stichplatte der Nähmaschine sowie gegen einen
Stoffschieber, der in der Transportphase mit seinen
Zähnen über die Oberseite der Stichplatte hinausragt,
drücken, die vorzugsweise in etwa ein Drittel der
maximalen Kraft der Stoffdrückereinrichtung beträgt.
Bei langsamen Nähgeschwindigkeiten wird mit dieser
Andruckkraft des mindestens einen Federelements
genäht, wobei diese Andruckkraft erforderlichenfalls
noch verringerbar ist, indem ein entsprechender Strom
in negativer Richtung durch den Linearmotor geschickt
wird.
Nachfolgend werden die bevorzugten Arbeitsweisen und
die gewünschten Funktionen der Betätigungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, so wie
sie sich durch die vorstehend dargelegten
vorteilhaften Ausführungsformen als sachdienlich
erweisen:
In bevorzugter Weise ist der Stromfluß durch den
Linearmotor in negativer Richtung so bemeßbar, daß
die Kraft des mindestens einen Federelements
kompensiert wird und die Stoffdrückerkraft mithin
verschwindet. Ein derartiges Kraftlosschalten der
Stoffdrückereinrichtung hat für die Nähtechnik
insbesondere dann Bedeutung, wenn die Naht winklig
verläuft.
Im Eckpunkt der Naht stoppt die Nähmaschine in der
Position, in der die Nadel unten ist. Die
Stoffdrückereinrichtung wird dann zweckmäßigerweise
kraftlos geschaltet, damit das Nähgut in komfortabler
Weise in die gewünschte Richtung gedreht werden kann.
Wie vorstehend bereits angedeutet, kann dieses
Kraftlosschalten der Stoffdrückereinrichtung hierbei
entweder programmgesteuert oder tastengesteuert
erfolgen.
Um bei Nähmaschinen mit elliptisch angetriebenen
Stoffschiebern auch bei höheren Drehzahlen der
Nähmaschine einen einwandfreien Nähguttransport zu
gewährleisten, kann die von der
Stoffdrückereinrichtung ausgeübte Andruckkraft erhöht
werden. Mit der größer werdenden Nähgeschwindigkeit
wird entsprechend die Transportzeit immer kürzer. Da
der Transportweg konstant ist, steigen die wirkenden
Beschleunigungen bei höheren Drehzahlen der
Nähmaschine in nicht proportionaler Weise an.
Bei den vorgenannten Transporteinrichtungen entstehen
hierbei horizontale und vertikale Beschleunigungen.
Aufgrund der vertikalen Beschleunigungen besteht die
Gefahr, daß sich die Stoffdrückereinrichtung vom
Nähgut abhebt und demzufolge der Transport
beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund wird bei den
konventionellen, aus dem Stand der Technik bekannten
Nähmaschinen die Stoffdrückerkraft durch eine starke
Feder erzeugt, so daß ein Feder-Masse-System mit
geringer Reibung vorliegt, wobei die Masse dieses
schwingungsfähigen Systems durch die äquivalente
Masse der Feder und durch die tatsächliche Masse der
Stoffdrückereinrichtung bestimmt ist.
Hierbei hatten Versuche, die Eigenfrequenz dieses
Feder-Masse-Systems zu erhöhen, zu einer sehr starken
Feder geführt, die sich jedoch bei den niedrigen
Nähgeschwindigkeiten nachteilig bemerkbar machte.
Erfreulicherweise kann beim erfindungsgemäßen Einsatz
des Linearmotors als krafterzeugendes Element diese
Feder entfallen. Bei einer direkten Ankopplung des
Linearmotors an die Stoffdrückereinrichtung können
jedoch andere Probleme entstehen, denn in diesem Fall
würde die vertikale Bewegung der Transporteinrichtung
die Stoffdrückereinrichtung mit den beweglichen
Teilen des Linearmotors nach oben beschleunigen.
Um diese Bewegung abzubremsen und die Kraft auf das
Nähgut in einem Bruchteil der Transportphase zu
erzeugen, müßte der Linearmotor erheblich mehr Kraft
produzieren als die Feder in den konventionellen, aus
dem Stand der Technik bekannten Systemen. Aus diesem
Grund steht die Antriebsstange mit der
Stoffdrückereinrichtung über mindestens ein federndes
Kopplungselement in Verbindung. Indem mithin die
Antriebsstange des Linearmotors durch das federnde
Kopplungselement von der Stoffdrückereinrichtung
entkoppelt ist, können die zu bewegenden Massen klein
gehalten werden. Hierbei drückt die Antriebsstange
des Linearmotors den Stoffdrückerfuß über das
Kopplungselement gegen eine Stichplatte.
Die Stoffdrückereinrichtung bewegt sich zu Beginn der
Transportphase nach oben. Diese Bewegung drückt das
Kopplungselement zusammen, so daß die Kraft
entsprechend der Härte des Kopplungselements wächst.
Die Antriebsstange des Linearmotors würde durch diese
Kraftdifferenz beschleunigt werden; da jedoch die
Masse der beweglichen Teile des Linearmotors im
Vergleich zur Stoffdrückerstange relativ groß ist und
außerdem eine gewisse Reibung vorhanden ist, ist
davon auszugehen, daß sich die Antriebsstange des
Linearmotors bei den höheren Drehzahlen der
Nähmaschine nicht aus ihrer Ruhelage bewegt.
Da die beweglichen Teile des Linearmotors im
Gegensatz zum Anker eines herkömmlichen
Elektromagneten vorzugsweise massearm sind, genügt
eine relativ geringe Kraft des Linearmotors aus, um
die Stoffdrückereinrichtung in kurzer Zeit in die
Anfangsposition zu bringen. Je schwächer das
Kopplungselement ausgelegt ist, desto besser ist die
Entkopplung der Antriebsstange des Linearmotors von
der Stoffdrückereinrichtung. Dies bedingt jedoch
einen längeren Weg der Antriebsstange beim Aufbringen
der Stoffdrückerkraft, weswegen die Härte des
Kopplungselements von Fall zu Fall an die jeweilige
Anwendung anzupassen ist.
Wenn die Stoffdrückereinrichtung angehoben wird, muß
der Linearmotor die Vorspannkraft des optional
vorgesehenen, mindestens einen Federelements
überwinden, durch das die Antriebsstange vorgespannt
ist. Bei einer Aufwärtsbewegung der
Stoffdrückereinrichtung wird dieses mindestens eine
Federelement gespannt, so daß die Vorspannkraft mit
dem Hub der Stoffdrückereinrichtung größer wird.
Wenn die Stoffdrückereinrichtung ihre obere Position
erreicht hat und in dieser oberen Position für einige
Zeit gehalten werden soll, hat der Linearmotor
zumindest eine der Federkraft äquivalente Kraft
aufzubringen. Hierzu wird zunächst mit dem maximalen
Strom die Stoffdrückereinrichtung angehoben und dann
der Strom soweit abgesenkt, daß die
Stoffdrückereinrichtung in ihrer oberen Position
gehalten wird.
Bei der vorstehend dargelegten Ausführungsform, bei
der anstelle des Stifts das als Gleitstein
ausgebildete Eisenstück vorgesehen ist, kann dieser
Haltestrom wesentlich reduziert werden, indem am
oberen Punkt der vorstehend bereits dargelegte
Selbsthaltemechanismus in Form des überstehenden,
eine magnetische Anziehungskraft erzeugenden Teils
aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist.
Wenn die Stoffdrückereinrichtung abgesenkt ist, zeigt
dieses überstehende Teil keine Wirkung. Wenn sich die
Stoffdrückereinrichtung jedoch ihrer oberen
Endposition nähert, kommt das überstehende Teil in
den Wirkungsbereich der Permanentmagnete. Ein Teil
der magnetischen Feldlinien verläuft dann über das
überstehende Teil, so daß eine Anziehungskraft in
Richtung der Permanentmagnete entsteht; mithin ist
die Richtung dieser Anziehungskraft in
entgegengesetzter Richtung zur Kraft der Vorspannung
durch die Federelemente. Die Größe der
Anziehungskraft hängt vom mechanischen Aufbau ab:
Die maximale Anziehungskraft tritt hierbei dann auf,
wenn sich das überstehende, die magnetische
Anziehungskraft erzeugende Teil in der obersten
Position der Stoffdrückereinrichtung am Rande des
homogenen magnetischen Feldes befindet. Die
Dimensionierung dieser Einheit sollte hierbei so
gewählt sein, daß sich die magnetische
Anziehungskraft und die Kraft der Vorspannung durch
die Federelemente nahezu aufheben.
Wenn nun die Stoffdrückereinrichtung generell
abgesenkt werden soll, wird der Linearmotor mit dem
maximalen Strom in der Weise versorgt, daß die
Antriebsstange des Linearmotors eine Kraftrichtung
nach unten erfährt.
Nach einer kleinen Wegstrecke verschwindet die
magnetische Anziehungskraft, und die Antriebsstange
wird unter Einwirkung der Kraft des Linearmotors und
der Kraft der Vorspannung durch das mindestens eine
Federelement stark nach unten hin beschleunigt, was
einen unerwünscht starken Schlag des
Stoffdrückerfußes auf die Stichplatte zur Folge
hätte.
Um ein derartiges Anschlagen zu verhindern und damit
verbunden eine Geräuschminderung zu erzielen, ist in
zweckmäßiger Weise kurz vor Erreichen der angehobenen
Stellung bzw. kurz vor Erreichen der abgesenkten
Stellung jeweils eine Umkehr der Stromrichtung im
Linearmotor vorgesehen, das heißt der Stromfluß des
Linearmotors kann zeitgesteuert kurz vor Erreichen
der unteren Position für eine bestimmte Zeit in die
entgegengesetzte Richtung geschaltet und damit die
Stoffdrückereinrichtung gebremst werden. Der
Zeitpunkt der Umkehrung der Richtung des Stromflusses
und die Dauer der Bremsphase ist hierbei an die
mechanischen Gegebenheiten anzupassen.
Die im wesentlichen gleiche Vorgehensweise kann in
analoger Form auch beim Anheben der
Stoffdrückereinrichtung eingesetzt werden, um ein
weiches Anschlagen gegen die angehobene Stellung zu
ermöglichen.
Um Vibrationen im unteren Drehzahlbereich der
Nähmaschine zu vermeiden und um im mittleren
Drehzahlbereich der Nähmaschine eine konstante
tatsächliche Stichlänge zu erzielen, ist die Kraft
des Linearmotors gemäß einer besonders erfinderischen
Weiterbildung der vorliegenden Betätigungsvorrichtung
mittels der Winkelposition der Hauptwelle der
Nähmaschine steuerbar.
Hierbei kann die Kraft des Linearmotors mit dem
Winkel der Hauptwelle der Nähmaschine etwa in der
Weise gesteuert werden, daß der Linearmotor in der
Transportphase des Stoffschiebers, in der der
Stoffschieber mit seinen Zähnen über die Oberseite
der Stichplatte hinausragt, eine Kraft aufbringt, die
der über das Kopplungselement auf die Antriebsstange
einwirkenden Kraft entgegenwirkt.
Wenn etwa der Stoffschieber den Stoffdrückerfuß um
eine bestimmte Wegstrecke nach oben drückt, erzeugt
die Wegänderung über das Kopplungselement mit der
Federkonstanten eine Krafteinwirkung auf die
Antriebsstange. Wenn die Kraft des Linearmotors und
die über das Kopplungselement auf die Antriebsstange
einwirkende Kraft in bevorzugter Weise betragsmäßig
in etwa gleich groß sind, bleibt die Antriebsstange
in ihrer Ruhelage stehen.
Außerhalb der Transportphase des Stoffschiebers ist
der Stromfluß im Linearmotor in bevorzugter Weise
herabgesetzt, wodurch zugleich die Erwärmung der
Spule bzw. der Teilspulen gering gehalten wird.
Um eine Änderung der tatsächlichen Stichlänge bei
hohen Drehzahlen der Nähmaschine zu verhindern, weist
das Kopplungselement bei hohen Drehzahlen der
Nähmaschine gemäß einer erfindungswesentlichen
Weiterbildung der vorliegenden Betätigungsvorrichtung
eine erhöhte Vorspannung auf. Dies kann
beispielsweise dadurch bewerkstelligt sein, daß der
Stromfluß im Linearmotor bei hohen Drehzahlen der
Nähmaschine einen Gleichstromanteil aufweist, wodurch
eine konstante Kraftkomponente des Linearmotors
bewirkt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der
Gleichstromanteil des Stromflusses zeitabhängig
und/oder in Abhängigkeit von der Drehzahl der
Nähmaschine veränderbar. Somit erhöht sich die
Kraftkomponente zweckmäßigerweise mit der Drehzahl,
wobei die Abhängigkeit der Stromänderung von der
Drehzahl durch den Aufbau der Nähmaschine bestimmt
ist; aus diesem Grunde ist die funktionelle
Abhängigkeit des Stromflusses von der Drehzahl der
Nähmaschine nach erstmaliger Ermittlung in der
Nähmaschine speicherbar.
Um den Einfluß der elektrischen Zeitkonstante des
Linearmotors bei hohen Drehzahlen der Nähmaschine zu
eliminieren, ist der Einschaltpunkt des Stromflusses
bei hohen Drehzahlen der Nähmaschine in bevorzugter
Weise um ein Winkelmaß vorverlegbar, und zwar
zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der Drehzahl
der Nähmaschine. Hierdurch ist sichergestellt, daß
der Linearmotor beim Bewegungsbeginn der
Stoffdrückereinrichtung, insbesondere des
Stoffdrückerfußes, die erforderliche Gegenkraft
erreichen kann.
Die vorstehend erläuterten Möglichkeiten, die Kraft
des Linearmotors als Funktion der Winkelstellung der
Hauptwelle der Nähmaschine oder auch zeitabhängig
ändern zu können, lassen sich dazu nutzen, die
sogenannte Wischerfunktion auch mit einer
linearmotorbetriebenen Stoffdrückereinrichtung zu
erfüllen. Beim Nähanfang muß das freie Ende des
Nadelfadens frei liegen. Nur dann kann das Fadenende
bei der Schlingenbildung in das Nähgut gezogen werden
und ist dadurch später von oben nicht mehr sichtbar.
Um dies zu erreichen, wird der Fadenanfang nach dem
Schneiden bisher konventionellerweise durch eine
Wischereinrichtung in Richtung der Näherin auf die
Stoffdrückereinrichtung gelegt. Würde stattdessen das
Fadenende von der Stoffdrückereinrichtung
eingeklemmt, so würde die für die Schlingenbildung
benötigte Fadenmenge vom Fadenvorrat abgezogen, so
daß das eingeklemmte Fadenende sichtbar bleibt.
Dieser Fehler kann nun mit Hilfe des Linearmotors
gemäß der vorliegenden Erfindung vermieden werden,
ohne daß es einer kostspieligen Wischereinrichtung
bedarf. Hierzu ist die Stoffdrückereinrichtung,
insbesondere der Stoffdrückerfuß, gemäß einer
erfindungswesentlichen Weiterbildung der vorliegenden
Betätigungsvorrichtung bei der ersten Stichbildung
kraftlos geschaltet, beispielsweise indem die Kraft
des mindestens einen Federelements mit der Kraft des
Linearmotors kompensiert wird. Wenn nun zu Nähbeginn
das Nadelfadenende unter der Stoffdrückereinrichtung
liegt, wird das Nadelfadenende von der
Stoffdrückereinrichtung nicht mehr festgehalten und
kann demzufolge bei der ersten Stichbildung genau so
nach unten gezogen werden, als wenn es auf der
Stoffdrückereinrichtung liegen würde. Nach der ersten
Stichbildung wird der Linearmotor dann in bevorzugter
Weise in den normalen Nähbereich umgeschaltet.
Weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden nachstehend in der
Zeichnung anhand der Figuren 1 bis 8 beschrieben,
durch die in exemplarischer Form verschiedene
Ausführungsbeispiele der Betätigungsvorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind.
Es zeigt:
- Figur 1
- ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Betätigungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Figur 2
- ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Betätigungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Figur 3
- ein erstes Ausführungsbeispiel des
Linearmotors aus der Betätigungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung,
im Längsschnitt;
- Figur 4
- den Linearmotor aus Figur 3, in Aufsicht
gemäß der Linie IV - IV in Figur 3;
- Figur 5
- ein zweites Ausführungsbeispiel des
Linearmotors aus der Betätigungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung,
im Längsschnitt;
- Figur 6
- eine Schnittdarstellung einer
Kabeldurchführung beim Linearmotor aus
Figur 5;
- Figur 7
- ein Diagramm der Größe der tatsächlichen
Stichlänge L in Abhängigkeit von der
Drehzahl n der Nähmaschine; und
- Figur 8
- ein Diagramm des Motorstroms I in
Abhängigkeit vom Drehwinkel der
Hauptwelle der Nähmaschine.
Identische Bezugszeichen beziehen sich auf gleich
oder ähnlich ausgebildete Elemente oder Merkmale in
den Figuren 1 bis 8.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
Die für eine Nähmaschine (im folgenden umfaßt der
Begriff "Nähmaschine" auch Näheinrichtungen, wobei
sich die vorliegende Erfindung sowohl auf
Näheinrichtungen als auch auf Nähmaschinen bezieht)
vorgesehene Betätigungsvorrichtung weist eine
Stoffdrückereinrichtung 3 zum Niederhalten des
Nähgutes während der Stichbildung und des
Nähguttransportes auf. Hierbei drückt der Linearmotor
1 im stromlosen Zustand die Stoffdrückereinrichtung 3
mit einer Kraft gegen eine Stichplatte 4 der
Nähmaschine sowie gegen einen Stoffschieber 5, der in
der Transportphase mit seinen Zähnen über die
Oberseite der Stichplatte 4 hinausragt. Die
Stoffdrückereinrichtung 3 weist hierzu eine
Stoffdrückerstange 31 und einen Stoffdrückerfuß 32
auf, wobei der Stoffschieber 5 in der in Figur 1
dargestellten angehobenen Stellung an der Unterseite
des Stoffdrückerfußes 32 anstößt (vgl. auch Figur 2).
Des weiteren weist die Betätigungsvorrichtung als
Stellelement für die Stoffdrückereinrichtung 3 einen
Linearmotor 1 auf, dessen Antriebsstange 10 zur
Steuerung der Stoffdrückerkraft, die die
Stoffdrückereinrichtung 3 auf das Nähgut ausübt, über
ein federndes massearmes Kopplungselement 2 mit der
Stoffdrückereinrichtung 3 in Verbindung steht. Auf
diese Weise wird die Antriebsstange 10 des
Linearmotors 1 von der Stoffdrückereinrichtung 3
entkoppelt, so daß die zu bewegenden Massen gering
gehalten sind.
Bei diesem Kopplungselement 2 handelt es sich bei dem
in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
einer Betätigungsvorrichtung um eine Schraubenfeder.
Hierdurch ist zwar einerseits die Antriebsstange 10
des Linearmotors 1 von der Stoffdrückereinrichtung 3
entkoppelt, andererseits ist jedoch die erwünschte
direkte Verbindung zwischen der Antriebsstange 10 des
Linearmotors 1 und der Stoffdrückereinrichtung 3
gewährleistet.
In Figur 1 ist die Antriebsstange 10 über der
Stoffdrückereinrichtung 3 angeordnet. Bei einer
derartigen Ausgestaltung erfolgt die Kraftübertragung
von der Antriebsstange 10 des Linearmotors 1 auf die
Stoffdrückereinrichtung 3 auf mechanisch besonders
einfache und doch präzise Weise.
In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt.
Dieses zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
vom in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel
im wesentlichen dadurch, daß das Kopplungselement 2
in Form einer Blattfeder ausgebildet ist. Eine
derartige Ausgestaltungsform bietet sich insbesondere
dann an, wenn die Antriebsstange 10, beispielsweise
aus konstruktiven Gründen, seitlich versetzt zur
Stoffdrückereinrichtung 3 angeordnet ist, so wie dies
in Figur 2 dargestellt ist.
Figur 3 zeigt im Längsschnitt ein erstes
Ausführungsbeispiel des Linearmotors 1, das der
Betätigungsvorrichtung aus Figur 1 oder der
Betätigungsvorrichtung aus Figur 2 zugeordnet sein
kann; in Figur 4 ist der Linearmotor 1 aus Figur 3 in
Aufsicht gemäß der Linie IV - IV in Figur 3
dargestellt.
Die Tatsache, daß der Linearmotor 1 im wesentlichen
eisenlos ist, hat den nicht unmaßgeblichen Vorteil,
daß auf die beweglichen Teile des Linearmotors 1
keine zusätzlichen magnetischen Kräfte einwirken.
Der Linearmotor 1 weist zwei rechteckförmige
Permanentmagnete 11a, 11b auf, mit denen das
magnetische Feld erzeugt wird. Das Material der
Permanentmagnete 11a, 11b basiert hierbei auf Eisen,
Neodym und Bor, da mit diesen Magnetwerkstoffen unter
preisgünstigen Bedingungen sehr hohe Energiedichten
erzielbar sind. Mit derartigen, sehr hohen
Energiedichten kann auch die für die
Stoffdrückereinrichtung 3 erforderliche Kraft ohne
weiteres in unmittelbarer Weise erzeugt werden.
Der Linearmotor 1 weist ferner unter anderem ein
Gehäuse 12, ein Mittelstück 13 und eine Luftstrecke
mit der Spule 14 auf. Demzufolge kann der Magnetkreis
innerhalb des Linearmotors 1 über das Gehäuse 12,
über das Mittelstück 13 und über die Luftstrecke mit
Spule 14 geschlossen werden.
In der Spule 14 wird hierbei eine Kraft erzeugt,
sobald die Spule 14 von elektrischem Strom
durchflossen ist. Diese Kraft ist proportional zur
Stromstärke und unabhängig vom Ort der Spule 14,
solange sich die Spule 14 im homogenen Teil des
Magnetfeldes befindet; die Kraftrichtung ist
naturgemäß von der Richtung des Stromflusses
abhängig, wobei die Richtung und/oder die Stärke des
Stromflusses im Linearmotor 1 durch einen (in der
Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht
abgebildeten) Mikroprozessor steuerbar ist.
Wie des weiteren der Darstellung der Figur 3
entnehmbar ist, ist die Antriebsstange 10 über zwei
Lagerbuchsen 15a, 15b im Mittelstück 13 geführt. Das
Mittelstück 13 weist eine zentral vorgesehene Öffnung
13a auf, in der ein als Gleitstein ausgebildetes
Eisenstück 16 geführt ist, das mit der Antriebsstange
10 verbunden ist. Hierbei sind die Öffnung 13a und
das Eisenstück 16 rechteckförmig ausgebildet.
Sinn und Zweck dieses Eisenstücks 16 bestehen darin,
einerseits die Antriebsstange 10 gegen Verdrehung zu
sichern; andererseits soll die Antriebskraft über das
Eisenstück 16 auf die Antriebsstange 10 übertragen
werden. Dieses Eisenstück 16 ist zur Übertragung der
Antriebskraft auf die Antriebsstange 10 über einen
Spulenträger 17 mit der Spule 14 verbunden.
Am in den Figuren 3 und 4 linken Ende des Eisenstücks
16 ist ein überstehendes (vgl. Figur 3), eine
magnetische Anziehungskraft erzeugendes Teil 16a aus
ferromagnetischem Material, vorliegend aus Stahl,
angeordnet.
Figur 5 zeigt im Längsschnitt ein zweites
Ausführungsbeispiel des Linearmotors 1, das der
Betätigungsvorrichtung aus Figur 1 oder der
Betätigungsvorrichtung aus Figur 2 zugeordnet sein
kann; in Figur 6 ist eine Schnittdarstellung einer
Kabeldurchführung beim Linearmotor aus Figur 5
dargestellt.
Zur Vermeidung überflüssiger Wiederholungen werden
nachfolgend nur die Ausgestaltungen und Merkmale
erläutert, durch die sich das anhand der Figuren 5
und 6 veranschaulichte zweite Ausführungsbeispiel des
Linearmotors 1 vom anhand der Figuren 3 und 4
veranschaulichten ersten Ausführungsbeispiel des
Linearmotors 1 unterscheidet.
Das in Figur 5 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel
des Linearmotors 1 weist zwei ringförmige, radial
magnetisierte und zueinander beabstandete
Permanentmagnete 11a, 11b auf, mit denen das
magnetische Feld erzeugt wird und deren Lage im
Gehäuse des Linearmotors 1 durch Abstandsringe 18a,
18b, 18c vorgegeben ist.
Hierbei unterscheidet sich die Richtung der
Magnetisierung der beiden Permanentmagnete: Wenn
beispielsweise beim einen ringförmigen
Permanentmagnet 11a die Innenfläche magnetisch den
Südpol und die Außenfläche magnetisch den Nordpol
aufweist, ist die Richtung der Magnetisierung beim
anderen ringförmigen Permanentmagnet 11b umgekehrt.
Hierdurch wird erreicht, daß der magnetische
Rückschluß nur die Hälfte des Hauptfeldes führen muß.
Aufgrund dieser magnetischen Anordnung wird die Spule
14 in zwei gegensinnig gewickelte Teilspulen 14a und
14b unterteilt, wobei die Gesamtinduktivität der
Spule 14 durch diese Art der Wicklung wesentlich
kleiner als die Induktivität einer Teilspule 14a, 14b
ist, so daß der Linearmotor 1 sehr schnell steuerbar
ist.
Die Teilspulen 14a, 14b sind auf einen Spulenträger
17 aus nicht magnetischem Material gewickelt. Dieser
Spulenträger 17 ist mit Hilfe eines Stiftes 26 fest
mit der Antriebsstange 10 verbunden. Um die
Trägheitsmasse des Linearmotors 1 gering zu halten,
ist die Antriebsstange 10 hohl ausgebildet. Die Spule
14 mit dem Spulenträger 17 ist der bewegliche Teil
des Linearmotors 1, wobei die Stromzuführung zur
beweglichen Spule 14 erfindungsgemäß entsprechend
Figur 6 gelöst ist, die eine Schnittdarstellung einer
Kabeldurchführung beim Linearmotor 1 aus Figur 5
veranschaulicht:
Eine elektrische, beispielsweise zweiadrige
Anschlußleitung 21 für die Spule 14 wird durch eine
Aussparung 13b des Mittelstücks 13 und durch die
hohle Antriebsstange 10 nach außen geführt. Da der
Spulenträger 17 mit Hilfe des Stiftes 26 fest mit der
Antriebsstange 10 verbunden ist, wirken bei der
Bewegung der Spule 14 auf die elektrische
Anschlußleitung 21 keine Zugkräfte ein. Das Ende der
Anschlußleitung 21 ist mit einem Stecker 20
verbunden, der zugleich die Zugentlastung des
Gegensteckers beinhaltet.
Dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten ersten
Ausführungsbeispiel des Linearmotors 1 und dem in den
Figuren 5 und 6 dargestellten zweiten
Ausführungsbeispiel des Linearmotors 1 ist gemeinsam,
daß die Antriebsstange 10 über zwei Lagerbuchsen 15a,
15b im Mittelstück 13 geführt. Das Mittelstück 13
weist eine zentral vorgesehene Öffnung 13a auf, in
der ein Stift 26 aus Stahl geführt ist, der mit der
Antriebsstange 10 verbunden ist. Hierbei ist die
Öffnung 13a als Langloch und der Stift 26 rund
ausgebildet.
Sinn und Zweck dieses Stifts 26 bestehen - ebenso wie
in bezug auf das Eisenstück 16 gemäß dem in den
Figuren 3 und 4 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel
des Linearmotors 1 - darin, einerseits die
Antriebsstange 10 gegen Verdrehung zu sichern;
andererseits soll die Antriebskraft über den Stift 26
auf die Antriebsstange 10 übertragen werden.
Die vorgenannten Eigenschaften und Merkmale sind für
einen Stoffdrückerantrieb in überzeugender Weise
geeignet, da hierdurch die Stoffdrückerkraft in
Abhängigkeit von der Drehzahl n der Nähmaschine
verstellbar ist. Die erforderliche Andruckkraft für
die Stoffdrückereinrichtung 3 ist jedoch relativ
hoch, so daß ein Direktantrieb, wie er bei der
veranschaulichten Ausführungsform vorliegt, größere
Dimensionen des Linearmotors 1 bedingen würde.
Um jedoch eine kompakte Bauweise des Linearmotors 1
zu gewährleisten, ist die Antriebsstange 10 beim
anhand der Figuren 3 und 4 veranschaulichten ersten
Ausführungsbeispiel des Linearmotors 1 durch zwei
Federelemente 19a, 19b vorgespannt, die an beiden
Seiten des Mittelstücks 13 angeordnet sind, um eine
zusätzliche Momentenerzeugung auf zuverlässige Weise
zu verhindern; beim anhand der Figuren 5 und 6
veranschaulichten zweiten Ausführungsbeispiel des
Linearmotors 1 ist die Antriebsstange 10 durch ein
Federelement 19 vorgespannt.
Hierbei drückt der Linearmotor 1 im stromlosen
Zustand die Stoffdrückereinrichtung 3 mittels der
Federelemente 19a, 19b (vgl. die Figuren 3 und 4)
bzw. mittels des Federelements 19 (vgl. Figur 5) mit
einer Kraft gegen die Stichplatte 4 (vgl. Figuren 1
und 2) der Nähmaschine, die in etwa ein Drittel der
maximalen Kraft der Stoffdrückereinrichtung 3
beträgt. Bei langsamen Nähgeschwindigkeiten wird mit
dieser Andruckkraft der Federelemente 19a, 19b (vgl.
die Figuren 3 und 4) bzw. des Federelements 19 (vgl.
Figur 5) genäht, wobei diese Andruckkraft
erforderlichenfalls noch verringerbar ist, indem ein
entsprechender Strom in negativer Richtung durch den
Linearmotor 1 geschickt wird.
Der Stromfluß durch den Linearmotor 1 in negativer
Richtung ist hierbei so bemeßbar, daß die Kraft der
Federelemente 19a, 19b (vgl. die Figuren 3 und 4)
bzw. des Federelements 19 (vgl. Figur 5) kompensiert
wird und die Stoffdrückerkraft mithin verschwindet.
Ein derartiges Kraftlosschalten der
Stoffdrückereinrichtung 3 hat für die Nähtechnik
insbesondere dann Bedeutung, wenn die Naht winklig
verläuft. Im Eckpunkt der Naht stoppt die Nähmaschine
in der Position, in der die Nadel unten ist.
Die Stoffdrückereinrichtung 3 wird dann kraftlos
geschaltet, damit das Nähgut in komfortabler Weise in
die gewünschte Richtung gedreht werden kann. Dieses
Kraftlosschalten der Stoffdrückereinrichtung 3 kann
entweder programmgesteuert oder tastengesteuert
erfolgen.
Der bekannte Transportmechanismus der Nähmaschine
drückt bei einer bekannten Winkelstellung der
Hauptwelle der Nähmaschine mit dem Stoffschieber 5
den Stoffdrückerfuß 32 um die Wegstrecke Δs (vgl. die
Figuren 1, 2 und 8) nach oben, wobei die Zähne des
Stoffschiebers 5 das Nähgut erfassen. Danach erfolgt
in Abhängigkeit von der eingestellten Stichlänge eine
lineare Bewegung in Transportrichtung. Anschließend
wird der Stoffschieber 5 abgesenkt.
Wenn mittels des Linearmotors 1 mit konstanter Kraft
auf den Stoffdrückerfuß 32 gedrückt wird, macht die
Antriebsstange 10 des Linearmotors 1 bei langsamen
Drehzahlen n der Nähmaschine die Bewegung des
Stoffdrückerfußes 32 mit. Dies bedeutet, daß, wenn
der Stoffdrückerfuß 32 um die Wegstrecke Δs nach oben
geht, sich auch die Antriebsstange 10 um die gleiche
Wegstrecke Δs nach oben bewegt, weil die Zeit der
Transportphase lang genug ist. Dabei bleibt die
tatsächliche Stichlänge L in einem unteren
Drehzahlbereich von n0 bis n1 der Nähmaschine
konstant (vgl. Figur 7, in der ein Diagramm der Größe
der tatsächlichen Stichlänge L in Abhängigkeit von
der Drehzahl n der Nähmaschine gezeigt ist). Die Aufund
Abbewegung der Antriebsstange 10 verursacht
hierbei Vibrationen und Geräusche.
Wenn die Drehzahl n der Nähmaschine höher wird, wird
die Beschleunigung nach oben größer und die Zeit des
Transports kürzer. Dies verursacht ein weiteres
Problem dergestalt, daß das aus dem Kopplungselement
2 und der Masse der Antriebsstange 10 gebildete
Feder-Masse-System bewirkt, daß in einem mittleren
Drehzahlbereich von n1 bis n2 der Nähmaschine (vgl.
Figur 7) die Druckkraft auf den Stoffdrückerfuß 32
kleiner wird, wobei sich der Stoffdrückerfuß 32 unter
Umständen für kurze Zeit sogar vom Nähgut abheben
kann; durch die verminderte Druckkraft auf den
Stoffdrückerfuß 32 verringert sich im mittleren
Drehzahlbereich von n1 bis n2 der Nähmaschine die
tatsächliche Stichlänge L (vgl. Figur 7).
Wenn die Drehzahl n der Nähmaschine weiter erhöht
wird, kann sich die Antriebsstange 10 des
Linearmotors 1 aufgrund ihrer Massenträgheit ab einer
bestimmten Drehzahl nicht mehr bewegen, und die
tatsächliche Stichlänge L wird wieder länger. Dies
entspricht dem Kurvenverlauf im Drehzahlbereich von
n2 bis n3 der Nähmaschine (vgl. Figur 7).
Bei noch höheren Drehzahlen n > n3 der Nähmaschine
tritt das aus dem Kopplungselement 2 und der Masse
der Stoffdrückereinrichtung 3 gebildete
Feder-Masse-System mit der Folge in Erscheinung, daß
die tatsächliche Stichlänge L wieder kürzer wird
(vgl. Figur 7).
Um die Vibrationen im unteren Drehzahlbereich n < n1
der Nähmaschine zu vermeiden und um im mittleren
Drehzahlbereich von n1 bis n3 der Nähmaschine eine
konstante tatsächliche Stichlänge L zu erzielen, wird
die Kraft des Linearmotors 1 erfindungsgemäß mit dem
Winkel der Hauptwelle der Nähmaschine in der Weise
gesteuert, daß der Linearmotor 1 in der
Transportphase des Stoffschiebers 5 eine Gegenkraft
aufbringt, die der Federkraft F = C·Δs gleich ist.
Wenn der Stoffschieber 5 den Stoffdrückerfuß 32 um
die Wegstrecke Δs (vgl. die Figuren 1, 2 und 8) nach
oben drückt, erzeugt die Wegänderung über das
Kopplungselement 2 mit der Federkonstanten C eine
Krafteinwirkung auf die Antriebsstange 10. Wenn der
Linearmotor 1 dieser Kraft mit der gleichen Kraft
entgegenwirkt, bleibt die Antriebsstange 10 in ihrer
Ruhelage stehen.
Der gegensinnige Wickelsinn der Teilspulen 14a, 14b
(vgl. Figur 5) gewährleistet eine kleine elektrische
Zeitkonstante des Linearmotors 1, so daß die
vorbeschriebene winkelsynchrone Ansteuerung der
Motorkraft möglich wird. Außerhalb der Transportphase
wird der Motorstrom abgesenkt (vgl. Figur 8, in der
ein Diagramm des Motorstroms I in Abhängigkeit vom
Drehwinkel der Hauptwelle der Nähmaschine gezeigt
ist), wodurch zugleich die Erwärmung der Teilspulen
14a, 14b (vgl. Figur 5) gering gehalten wird.
Um die Änderung der tatsächlichen Stichlänge L bei
hohen Drehzahlen n > n3 der Nähmaschine (vgl. Figur
7) zu verhindern, muß die Vorspannung des
Kopplungselements 2 erhöht werden. Dies wird mittels
einer konstanten Kraftkomponente des Linearmotors 1
durch einen drehzahlabhängig veränderbaren
Gleichstromanteil IG erreicht (vgl. Figur 8). Diese
Kraft erhöht sich mit der Drehzahl n der Nähmaschine,
wobei die Abhängigkeit der Stromänderung ΔI von der
Drehzahl n durch den Aufbau der Nähmaschine bestimmt
ist; aus diesem Grunde wird diese funktionelle
Abhängigkeit einmal ermittelt und abgespeichert.
Bis zu mittleren Drehzahlen n < n3 der Nähmaschine,
bei denen die elektrische Zeitkonstante des
Linearmotors 1 vernachlässigbar bleibt, funktioniert
die vorstehend beschriebene Methode mit dem
Aufbringen der Gegenkraft recht gut, was auch aus der
Darstellung der Figur 7 hervorgeht:
Während L1 die Kurve der tatsächlichen Stichlänge L
ohne steuerungsmäßige Korrekturen zeigt, zeigt L2 die
Kurve der tatsächlichen Stichlänge L, bei der die
"Delle", das heißt das vorübergehende Absinken der
tatsächlichen Stichlänge L im mittleren
Drehzahlbereich von n1 bis n3 der Nähmaschine durch
Aufbringen der vorstehend erläuterten Gegenkraft
beseitigt ist und bei der durch den Gleichstromanteil
IG (vgl. Figur 8) der Abfall der Kurve der
tatsächlichen Stichlänge L "nach rechts", das heißt
in einen höheren Drehzahlbereich n > n3 der
Nähmaschine verschoben ist; bei der Kurve L3 ist
durch einen erhöhten Gleichstromanteil IG der Abfall
der Kurve der tatsächlichen Stichlänge L im Vergleich
zur Kurve L2 noch weiter "nach rechts", das heißt in
einen noch höheren Drehzahlbereich n > n3 der
Nähmaschine verschoben.
Bei hohen Drehzahlen n > n3 der Nähmaschine macht
sich die elektrische Zeitkonstante des Linearmotors 1
beim Stromaufbau nachteilig bemerkbar. Die Zeit, in
der der Stoffschieber 5 den Stoffdrückerfuß 32 nach
oben bewegt, wird bei diesen hohen Drehzahlen n > n3
der Nähmaschine kürzer als die Zeit für den
Stromanstieg im Linearmotor 1.
Um den Einfluß der elektrischen Zeitkonstante des
Linearmotors 1 zu eliminieren, wird bei hohen
Drehzahlen n > n3 der Nähmaschine der Einschaltwinkel
des Stroms drehzahlabhängig um Δ vorverlegt (vgl.
Figur 8). Hierdurch ist sichergestellt, daß der
Linearmotor 1 beim Bewegungsbeginn des
Stoffdrückerfußes 32 die erforderliche Gegenkraft
erreichen kann.
Die vorstehend erläuterten Möglichkeiten, die Kraft
des Linearmotors 1 als Funktion der Winkelstellung
der Hauptwelle der Nähmaschine oder auch zeitabhängig
ändern zu können, lassen sich dazu nutzen, die
sogenannte Wischerfunktion auch mit einem
linearmotorbetriebenen Stoffdrückerfuß 32 zu
erfüllen. Beim Nähanfang muß das freie Ende des
Nadelfadens frei liegen. Nur dann kann das Fadenende
bei der Schlingenbildung in das Nähgut gezogen werden
und ist dadurch später von oben nicht mehr sichtbar.
Um dies zu erreichen, wird der Fadenanfang nach dem
Schneiden bisher konventionellerweise durch eine
Wischereinrichtung in Richtung der Näherin auf den
Stoffdrückerfuß gelegt. Würde stattdessen das
Fadenende vom Stoffdrückerfuß 32 eingeklemmt, so
würde die für die Schlingenbildung benötigte
Fadenmenge vom Fadenvorrat abgezogen, so daß das
eingeklemmte Fadenende sichtbar bleibt.
Dieser Fehler kann nun mit Hilfe des Linearmotors 1
vermieden werden, ohne daß es einer kostspieligen
Wischereinrichtung bedarf. Hierzu wird beim ersten
Stich der Stoffdrückerfuß 32 kraftlos geschaltet,
indem die Kraft der Federelemente 19a, 19b (vgl. die
Figuren 3 und 4) bzw. des Federelements 19 (vgl.
Figur 5) mit der Kraft des Linearmotors 1 kompensiert
wird. Wenn nun zu Nähbeginn das Nadelfadenende unter
dem Stoffdrückerfuß 32 liegt, wird das Nadelfadenende
vom Stoffdrückerfuß 32 nicht mehr festgehalten und
kann demzufolge bei der ersten Stichbildung genau so
nach unten gezogen werden, als wenn es auf dem
Stoffdrückerfuß 32 liegen würde. Nach der ersten
Stichbildung wird der Linearmotor 1 dann in den
normalen Nähbereich umgeschaltet.
Wenn die Stoffdrückereinrichtung 3 angehoben wird,
muß der Linearmotor 1 die Vorspannkraft der
Federelemente 19a, 19b (vgl. die Figuren 3 und 4)
bzw. des Federelements 19 (vgl. Figur 5) überwinden,
durch die die Antriebsstange 10 vorgespannt ist. Bei
einer Aufwärtsbewegung der Stoffdrückereinrichtung 3
werden diese Federelemente 19a, 19b bzw. wird dieses
Federelement 19 gespannt, so daß die Vorspannkraft
mit dem Anheben der Stoffdrückereinrichtung 3 größer
wird. Wenn die Stoffdrückereinrichtung 3 ihre obere
Position erreicht hat und in dieser oberen Position
für einige Zeit gehalten werden soll, hat der
Linearmotor 1 zumindest eine der Federkraft
äquivalente Kraft aufzubringen.
Hierzu wird zunächst mit dem maximalen Strom die
Stoffdrückereinrichtung 3 angehoben und dann der
Strom soweit abgesenkt, daß die
Stoffdrückereinrichtung 3 in ihrer oberen Position
gehalten wird.
Hierbei kann beim in den Figuren 3 und 4
dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des
Linearmotors 1 dieser Haltestrom wesentlich reduziert
werden, indem am oberen Punkt der vorstehend bereits
dargelegte Selbsthaltemechanismus in Form des
überstehenden, eine magnetische Anziehungskraft
erzeugenden Teils 16a aus ferromagnetischem Material
vorgesehen ist. Wenn die Stoffdrückereinrichtung 3
abgesenkt ist, zeigt dieses überstehende Teil 16a
keine Wirkung. Wenn sich die Stoffdrückereinrichtung
3 jedoch ihrer oberen Endposition nähert, kommt das
überstehende Teil 16a in den Wirkungsbereich der
Permanentmagnete 11a, 11b. Ein Teil der magnetischen
Feldlinien verläuft dann über das überstehende Teil
16a, so daß eine Anziehungskraft in Richtung der
Permanentmagnete 11a, 11b entsteht; mithin ist die
Richtung dieser Anziehungskraft in entgegengesetzter
Richtung zur Kraft der Vorspannung durch die
Federelemente 19a, 19b (vgl. die Figuren 3 und 4).
Die Größe der Anziehungskraft hängt vom mechanischen
Aufbau ab. Die maximale Anziehungskraft tritt hierbei
dann auf, wenn sich das überstehende, die magnetische
Anziehungskraft erzeugende Teil 16a in der obersten
Position der Stoffdrückereinrichtung 3 am Rande des
homogenen magnetischen Feldes befindet. Die
Dimensionierung dieser Einheit sollte hierbei so
gewählt sein, daß sich die magnetische
Anziehungskraft und die Kraft der Vorspannung durch
die Federelemente 19a, 19b (vgl. die Figuren 3 und 4)
nahezu aufheben.
Wenn die Stoffdrückereinrichtung 3 abgesenkt werden
soll, wird der Linearmotor 1 mit dem maximalen Strom
in der Weise versorgt, daß die Antriebsstange 10 des
Linearmotors 1 eine Kraftrichtung nach unten erfährt.
Dadurch wird die Antriebsstange 10 unter Einwirkung
der Kraft des Linearmotors 1 und der Kraft der
Vorspannung durch die Federelemente 19a, 19b (vgl.
die Figuren 3 und 4) bzw. durch das Federelement 19
(vgl. Figur 5) stark nach unten hin beschleunigt, was
einen unerwünscht starken Schlag des
Stoffdrückerfußes auf die Stichplatte 4 (vgl. Figuren
1 und 2) zur Folge hätte.
Um ein derartiges Anschlagen zu verhindern und damit
verbunden eine Geräuschminderung zu erzielen, ist
kurz vor Erreichen der angehobenen Stellung bzw. kurz
vor Erreichen der abgesenkten Stellung jeweils eine
Umkehr der Stromrichtung im Linearmotor 1 vorgesehen,
das heißt der Stromfluß des Linearmotors 1 wird
zeitgesteuert kurz vor Erreichen der unteren Position
für eine bestimmte Zeit in die entgegengesetzte
Richtung geschaltet und damit die
Stoffdrückereinrichtung 3 gebremst. Der Zeitpunkt der
Umkehrung der Richtung des Stromflusses und die Dauer
der Bremsphase ist hierbei an die mechanischen
Gegebenheiten anzupassen.
Die im wesentlichen gleiche Vorgehensweise wird in
analoger Form auch beim Anheben der
Stoffdrückereinrichtung 3 eingesetzt, um ein weiches
Anschlagen in der angehobenen Stellung zu
ermöglichen.