WO1999050492A1

WO1999050492A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von nähnähten

Info

Publication number: WO1999050492A1
Application number: PCT/DE1999/000797
Authority: WO
Inventors: Klaus-Uwe Moll; Burkhard Wulfhorst
Original assignee: Moll Klaus Uwe; Burkhard Wulfhorst
Priority date: 1998-03-28
Filing date: 1999-03-20
Publication date: 1999-10-07
Also published as: EP1068385A1; AU3700099A; DE59903170D1; DE19813887A1; DE19980552D2; EP1068385B1; US6357371B1

Abstract

Die zum Vernähen von Textilien bisher eingesetzten Verfahren und Vorrichtungen, die eine vollständige Durchdringung des Nähgutes mit dem Nähfaden bewirken, bedingen, daß beidseitig der Nähgutebene stichbildende Maschinenelemente angeordnet sind. Dies führt bei dem Vernähen großflächiger Nähgüter, die nicht geknickt werden dürfen, zu handhabungs-, maschinen- und raumtechnischen Problemen. Das neue Verfahren und die neue Vorrichtung ermöglichen das Vernähen unter einseitigem Nähgutzugriff und minimalem Raumeinsatz. Für die Herstellung der Nähnaht penetrieren wechselweise zwei oder mehr Nähnadeln (1, 5) das Nähgut (3) vollständig. Die von einer Nähnadel gebildete Nähfadenschlinge (4) wird durch die nächste penetrierende Nadel (5) aufgenommen und abgebunden. Die Übergabe der Nähfadenschlingen wird durch die nächste penetrierende Nadel ermöglicht. Die Nähnadelbewegung ist dreidimensional. Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich zum Vernähen großflächiger, auch räumlich gekrümmter Nähgüter, die nicht geknickt werden dürfen, zum Beispiel Verstärkungstextilien für Faserverbundwerkstoffe.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Nähnähten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nahnahten und umfaßt eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens Die Nahnaht besteht aus zwei oder mehr Faden, und sie wird gebildet, indem die Schlinge eines Fadens durch die Schlinge eines anderen Fadens gefuhrt wird

Die Erfindung umfaßt weiterhin eine Nahmaschine mit wenigstens zwei Nadeln, wobei alle beweglichen Teile der Nahmaschine auf nur einer Seite des Nahgutes angebracht sind, sowie einen speziellen Nahguthalter Neben der Nahmaschine und dem Nahguthalter umfaßt die Erfindung eine Steuerung

Handelsübliche Nahmaschinen stellen Nahnahte her, in denen ein Nahfaden oder mehrere Nahfaden mit sich selbst oder untereinander verschlungen werden Die bekannten Nahstichtypen sind in DIN 61 400 klassifiziert und beschrieben Allen Vorrichtungen zur Herstellung der dort beschriebenen, eine vollständige Penetra- tion des Nahgutes bedingenden Nahstichtypen ist gemeinsam, daß mechanisch miteinander gekoppelte Maschinenelemente oberhalb und unterhalb der Nahgutebene angeordnet sind Die mechanischen Kopplungselemente sind durch einen Maschinenstander gefuhrt Typische Maschinengestelle haben eine C-Form Die Verarbeitung von ebenen Nahgutern, die nicht gefaltet werden können oder dur- fen, ist damit kaum möglich Ebene Nahguter großer Abmessungen oder solche Nahguter, die schlauch- oder hullenformig sind, können nicht verarbeitet werden Handelsübliche Verfahren, die eine mechanische Entkopplung und eine elektronische Kopplung der Maschinenelemente oberhalb und unterhalb der Nahgutebene verwenden, setzen eine hnienformige Bewegung der Nahmaschine und eine ebe- ne Bewegung des Nahgutes voraus Dies macht es erforderlich, daß der Raum für die Nahmaschine immer mindestens die zweifache, in vielen Fallen sogar die vierfache Große des Nahgutes haben muß wenn alle Bereiche des Nahgutes mit Nahnahten versehen werden sollen

Das Vernahen räumlich gekrümmter Nahguter oder solcher Nahguter, die vor dem Vernahen räumlich fixiert werden müssen, ist mit den bekannten Maschinen nicht möglich Ein Verfahren, das irrtümlicherweise in der Öffentlichkeit als Nahverfahren bezeichnet wird, fuhrt zu einer Einbringung einer Fadenschlinge in das Textil mittels einer Hohlnadel Die Fadenschlinge wird von der Oberseite eingeführt Sie penetriert jedoch das Textil nicht vollständig und wird auf der Unterseite nicht mit sich selbst oder einem weiteren Faden verschlungen. Die hergestellte Naht stellt daher keine echte Verbindung dar, da die einzelnen Lagen des Textils durch die hergestellte Schiingenreihe nicht gegen ein Trennen gesichert werden.

Aus der Deutschen Auslegeschrift AS 1 069 457 ist eine von Hand geführte, transportable Kettenstichmaschine mit einer bogenförmigen Nadel bekannt.

Aus der US-Patentschrift 4 503 788 ist eine Nähmaschine zum Nähen komplexer Flugzeugstrukturen aus bereits ausgehärteten Faserverbundwerkstoffen bekannt. Diese Nähmaschine erfordert einen Gegenhalt während des Nähvorganges.

In der Deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 195 29 084 A1 ist eine Nähmaschine beschrieben, mit der dreidimensionale Hüllen hergestellt werden können. Hierbei handelt es sich um eine Nähmaschine, die mit einem Gegenhalt arbeitet.

In der US-Patentschrift 5 458 075 ist eine Nähmaschine mit einer mechanischen Entkopplung und einer elektronischen Kopplung der Funktionselemente beschrieben. Sie arbeitet mit einem zweiseitigen Nähgutzugriff wie konventionelle Nähmaschinen.

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 33 38 405 A1 sind verschiedene Nähmaschinen bekannt. Eine der dargestellten Nähmaschinen, die von zwei Seiten auf das Nähgut zugreift, bildet einen bekannten Steppstich. Ferner ist in diesem Dokument eine einseitig arbeitende Nähmaschine dargestellt, die einen Kettenstich bildet.

Eine Nähvorrichtung mit robotergesteuerten Nähmaschinenober- und unterteilen ist aus der Deutschen Patentschrift DE-PS 44 31 318 C2 bekannt.

Bekannt ist das in der Offenlegungsschrift DE 29 21 026 beschriebene Verfahren, das zur Bildung eines ähnlichen Stichbildes wie das hier beschriebene unter der Verwendung von zwei Nadeln führt. Dieses Verfahren beruht allerdings darauf, daß auf der Gegenseite des Nähgutes ein zusätzliches, mit den Nadeltrieben mechanisch gekoppeltes Maschinenelement, nämlich ein Umlauf- oder ein Kettenstichgreifer, betrieben wird. Die Vorrichtung greift damit auf die bestehenden Nähverfahren zurück und bedingt die Anordnung von Maschinenelementen auf beiden Seiten des Nähgutes. Weiterhin sind die Nadeln dort in einer Ebene angeordnet, und die Nadeln bewegen sich in dieser Ebene auf sich innerhalb des Nähgutes schneidenden Geraden.

Ebenfalls bekannt ist das in der deutschen Offenlegungsschrift OS 1 685 043 beschriebene Verfahren sowie die dort beschriebene Vorrichtung. In diesem Fall bewegen sich die für die Stichbildung erforderlichen Nadeln in zwei Ebenen, die par- allel zueinander angeordnet sind. Weiterhin setzt die dort beschriebene Vorrichtung voraus, daß eine der beiden Nadeln eine ausgeprägte Rastphase besitzt. Derartige Rastphasen sind außerordentlich schwer zu kontrollieren und zu steuern, da Maschinenschwingungen auftreten und ein schnell bewegtes Maschinenteil nicht, wie es dort erforderlich ist, für eine extrem kurze Zeit schwingungsfrei ruhig gelagert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeiden, die insbesondere das Vernähen großer Nähgutebenen unter minimalem Raumeinsatz ermöglichen und das räumliche Vernähen erlauben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Unter der Voraussetzung des nur einseitigen Zugriffs auf das Nähgut und unter Vermeidung weiterer stich- oder schlingenbildender Funktionselemente gelingt es, mit zwei oder mehr Nähnadeln eine Nähnaht herzustellen, bei der die Schlinge ei- nes Nähfadens durch die Schlinge eines anderen Nähfadens geführt wird. Durch die Erfindung wird das Vernähen großer Nähgutebenen unter minimalem Raumeinsatz ermöglicht und das Verfahren für das räumliche Vernähen einsetzbar.

Die Erfindung erlaubt ein Nähen von verschiedenen Materialien. Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel für ein einseitiges Nähen ist das Vernähen von Verstär- kungstextilien für Faserverbundwerkstoffe. Diese Textilien dürfen, um sie nicht zu schädigen, nicht geknickt werden. Durch das Vernähen einzelner Textilien miteinander und die anschließende Imprägnierung dieser Textilien mit einem Kunststoff kann der so entstehende Faserverbundwerkstoff deutlich höhere Lasten aufnehmen als im unvernähten Zustand. Das Vernähen großer Strukturen aus Verstär- 95 kungstextilien für Faserverbundwerkstoffe, z.B. für Flugzeugteile, führt unter Verwendung der konventionellen Nähtechnik zu einem großen Raumbedarf, da das Nähgut aus unterschiedlichen Richtungen zu der Nähmaschine bewegt werden muß. Nur durch die Möglichkeit, alle Positionen des Nähgutes mit einer beweglichen Nähmaschine anzufahren, kann der Raumbedarf auf ein Minimum reduziert 100 werden.

Faserverbundwerkstoffe sind laminar aufgebaut und werden aus Verstärkungstextilien und einem Matrixmaterial hergestellt. Erst durch die Aushärtung des Matrixmaterials entsteht der eigentliche Faserverbundwerkstoff. Werden die Verstärkungstextilien mit dem Matrixmaterial mit einem festigkeitserhöhenden Fadenma- 105 terial vernäht ehe das Matrixmaterial mit dem Härtungsmittel getränkt wird, so können Nachteile bisheriger Fertigungsverfahren vermieden werden. Ferner gestattet das Vernähen die Konfektionierung und Kombination unterschiedlicher Verstärkungstextilien, was mit den bisher bekannten textilen Fertigungsverfahren nicht möglich ist.

110 Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 7.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt:

115 Fig. 1 Bildung eines einzelnen Nähstiches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, Fig. 2 Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 3 Draufsicht auf einen Kurbelmechanismus.

Wie in Fig. 1 ersichtlich, wird in diesem Beispiel die Nähnaht gebildet, indem eine 120 Nähnadel 1 mit einem Nähfaden 2 in das Nähgut 3 einsticht und nach der Überschreitung ihres unteren Totpunktes eine Nähfadenschlinge 4 bildet. In die Nähfadenschlinge 4 sticht eine weitere Nähnadel 5 mit einem Nähfaden 6 ein. Die beiden Nähnadeln 1 und 5 bewegen sich in zwei unterschiedlichen, einander schneidenden Ebenen. Sie bewegen sich in diesen Ebenen nicht linienförmig, sondern 125 sie beschreiben Koppelkurven. Hierdurch wird ermöglicht, daß die Nähnadel 5 und die von der Nähnadel 1 in dem Nähfaden 2 gebildete Nähfadenschlinge 4 eintaucht. Während der Aufwärtsbewegung der Nähnadel 2 taucht die Nähnadel 5 tiefer in das Nähgut 3 ein. Auch sie bildet nach dem Überschreiten ihres unteren Totpunktes mit dem Nähfaden 6 eine Nähfadenschlinge 7, in die wiederum die

130 Nähnadel 1 mit dem Nähfaden 2 eintaucht. Da die Nähfadenschlinge 7 erst zu einem späteren Zeitpunkt gebildet wird, ist sie in Fig. 1 nicht dargestellt. Während der weiteren Aufwärtsbewegung der Nähnadel 5 wird die um diese Nähnadel liegende Nähfadenschlinge 4 durch das Nähgut 3 abgestreift. Zur Realisierung dieses Verfahrens beschreiben die Nähnadeln 1 und 5 achtförmige, einander durch-

135 dringende Koppelkurven 23. Die Koppelkurven 23 sind so ausgelegt, daß der Schnittpunkt der einzelnen Koppelkurven 23 unterhalb des Nähgutes 3 liegt. Dieser Schnittpunkt ist in Fig. 1 nicht zu sehen, weil dort bereits die Horizontalbewegung der Vorrichtung überlagert ist. Der Schnittpunkt der beiden Bewegungsebenen liegt ebenfalls unterhalb der Nähgutebene. Während der Penetrationsbewe-

140 gung bewegen sich die Nähnadeln 1 und 5 näherungsweise auf einer Geraden, die räumlich schräg auf das Nähgut 3 gerichtet ist. Nach dieser nahezu geradlinigen Nähnadelbewegung durchschreiten die Nähnadeln 1 und 5 den unteren bogenförmigen Teil der Koppelkurve 23. In diesem Zeitraum wird die Vorrichtung über das Nähgut 3 bewegt, so daß sich der innerhalb der Nähgutebene befindliche

145 Bereich der jeweiligen Nähnadel 1 oder 5 um eine senkrecht zur Nähnadel 1 oder 5 stehende, gedachte Achse 8 dreht. Hierdurch wird gleichzeitig der Fortschritt der Nahtbildung bewirkt. Dies bedeutet, daß sich die Nähnadeln 1 und 5 kontinuierlich in unterschiedlichen Phasen bewegen, wobei ein ständiger Wechsel zwischen einer vornehmlich linearen und einer vornehmlich rotatorischen Bewegung erfolgt.

150 Die beschriebene Bewegung der Nähnadeln wird durch den in Fig. 2 gezeigten Getriebemechanismus bewirkt. Dieser Mechanismus wird wegen seiner konstruktiven Einfachheit beschrieben, kann aber durch mindestens zwei Ersatzgetriebe, die nach den Regeln von Roberts konstruiert werden können, substituiert werden.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung. Die Vorrichtung kann in zwei Hälf- 155 ten betrachtet werden. Die rechte Hälfte besteht aus dem Antrieb 9 mit einer Antriebswelle 10. Die Drehbewegung dieser Welle wird auf die Welle 11 und von dort wiederum auf die Welle 12 übertragen. Die Wellen 11 und 12 sind an einem Wellenende mit je einer Kurbel 13 und 14 versehen. Auf der Kurbel 13 befindet sich eine drehbar gelagerte Linearführung 15, auf der Kurbel 14 befindet sich ein dreh- 160 bar gelagertes Auflager 16, das die Nadelstange 17 in ihrer axialen Richtung fixiert. Durch die Linearführung 15 und das Auflager 16 wird die Nadelstange 17 mit der Nadel 18 geführt (Fig. 3). Durch die Drehbewegung der Antriebswelle 10 beschreibt die Nadel 18 die bereits zuvor beschriebene Koppelkurve 23 (Fig. 1 ). Gleichzeitig wird die Drehbewegung der Antriebswelle 10 auf die Welle 19 der lin- 165 ken Vorrichtungshälfte übertragen. Diese zweite Vorrichtungshälfte ist wie die rechte Vorrichtungshälfte aufgebaut, die Kurbeln der linken Vorrichtungshälfte sind so ausgerichtet, daß sie gegenüber den Kurbeln 13 und 14 phasenversetzt umlaufen.

Die gesamte Vorrichtung wird in dem Beispiel durch eine x-y-z-Verfahreinheit 20 170 über das Nähgut bewegt. Die x-y-z-Verfahreinheit 20 ist in Fig. 2 nicht dargestellt. Das Nähgut liegt auf einer Unterlage 21 , die das Penetrieren der Nähnadel gestattet. Die Vorrichtung ist in ihrem unteren Bereich mit einer Stichplatte 22 versehen, die gleichzeitig zur Fixierung des Nähgutes gegenüber der Unterlage dient. Die Fixierung geschieht durch ein entsprechendes Andrücken der Vorrichtung auf 175 das Nähgut 3 mit der darunterliegenden Nähgutunterlage 21. Zusätzlich kann die Vorrichtung rotatorisch um diese drei Achsen bewegt werden, um das räumliche Vernähen zu gestatten.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Nähnähten, bei dem sich alle nähstich- und näh- nahtbildenden Elemente ausschließlich auf einer Seite des Nähgutes befinden, wobei diese nähstich- und nähnahtbildenden Elemente sich auf Ebenen bewegen, die schräg auf das Nähgut gerichtet sind und das Nähgut auf einem Nähguthalter liegt, der die Penetration der nähstich- und nähnahtbildenden Elemente zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Nähfaden- schlingen einander durchdringen und daß sich alle nähstich- und nähnahtbil- denden Elemente der Vorrichtung ausschließlich auf einer Seite des Nähgutes befinden, diese nähstich- und nähnahtbildenden Elemente sich auf Ebenen bewegen, die schräg auf das Nähgut gerichtet sind und sich schneiden und die nähstich- und nähnahtbildenden Elemente innerhalb dieser Ebenen Koppelkurven beschreiben, die einen stetigen Wechsel zwischen vornehmlich linearen und vornehmlich rotatorischen Bewegungen der Nähnadeln beschreiben, wobei die einzelnen Koppelkurven eine ausreichende Annäherung auf der Gegenseite des Nähgutes besitzen, um eine Nähfadenschlinge von einem nähstich- oder nähnahtbildenden Element zu dem nächsten nähstich- oder nähnahtbildenden Element zu übergeben, und außerdem das Nähgut auf einem Nähguthalter liegt, der die Penetration der nähstich- und nähnahtbildenden Elemente zuläßt und zu dem das Nähgut durch einen mit der Vorrichtung verbundenen Gegenhalter fixiert wird, wobei die Vorrichtung während der Schwenkbewegung der nähstich- und nähnahtbildenden Elemente mittels einer getaktet verfahrbaren, durch die Hauptwelle der Vorrichtung elektronisch oder mechanisch angesteu- erten Vorschubeinrichtung schrittweise über das Nähgut geführt wird, so daß sich die nähnaht- und nähstichbildenden Elemente um eine gedachte Achse innerhalb des Nähgutes drehen und die Vorrichtung bei dem Prozeßbeginn so auf das Nähgut aufgesetzt wird, daß die nähstich- und nähnahtbildenden Elemente senkrecht das Nähgut penetrieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle der Vorrichtung elektronisch mit der Steuerung der Vorschubeinrichtung gekoppelt ist, so daß die Vorschubeinrichtung abhängig von der Drehzahl der Antriebswelle der Vorrichtung betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Konstruktionsprogramm die Geometrie der Nähnaht an die Vorschubeinrichtung weitergegeben wird, in Verbindung mit einer Steuerroutine, die einen Nahtrichtungswechsel ermöglicht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbeln, der Kurbelabstand und die Nadelstangenlänge variabel einstellbar sind und dadurch die Stichlänge der Nähnaht variiert werden kann.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbar gelagerte Linearführung 15 in der Kurbel 13 und das drehbar gelagerte Auflager 16 in der Kurbel 14 exzentrisch gelagert sind und eine zusätzliche Phasenverschiebung der Bewegungen der einzelnen nähstich- und nähnahtbildenden Elemente erfolgt, um die Position der einzelnen nähstich- und nähnahtbildenden Elemente zueinander bei der Nähfadenschlingenbildung und dem Ergreifen der Nähfadenschlingen 4 und 7 einzustellen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für ein räumliches Vernähen die Nähgutunterlage 21 derart flexibel gestaltet ist, daß mit ihr räumliche Geometrien abbildbar sind, die Stichplatte 22 der Vorrichtung sich dieser räumlichen Geometrie anzupassen vermag und durch die Vorrichtung zusätzlich zu den linearen Bewegungen Schwenkbewegungen um die drei Raumachsen ausführbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsmechanismus für die Vorschubbewegung in die Vorrichtung derart integrierbar ist, daß sich Vorschubelemente auf der Nähgutebene bzw. dem Nähgut 3 abstützen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewe- gungsmechanismus für die Vorschubbewegung in die Vorrichtung derart integrierbar ist, daß eine Führung der Vorrichtung von Hand und/ oder ein Vernähen von schlauch- oder hülienförmigen Nähgütern möglich sind.