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Dokumentenidentifikation DE102005012188B4 28.06.2007
Titel Steuerung einer Fadenzufuhr einer Nähmaschine
Anmelder VSM Group AB, Huskvarna, SE
Erfinder Friman, Bertil, Tenhult, SE;
Eklund, Henrik, Huskvarna, SE
Vertreter Beyer & Jochem Patentanwälte, 60322 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 15.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005012188
Offenlegungstag 13.10.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.06.2007
IPC-Hauptklasse D05B 45/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse D05B 47/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Nähmaschine mit einer automatischen Steuerung einer Fadenzufuhr für jeden Stich der Nähmaschine. Die Erfindung zeigt insbesondere Mittel für die Bestimmung einer Abweichung zwischen einem berechneten Fadenbetrag, der pro Stich verbraucht wird, und dem in Wirklichkeit verbrauchten Fadenbetrag. Die Erfindung offenbart ferner Mittel, um die ermittelte Abweichung als Basis für die Steuerung der Fadenzufuhr zu benutzen, entweder durch Mittel zum Portionieren eines Oberfadens für jeden Stich oder durch Reibbremsen des Oberfadens, und auch die Möglichkeit für den Nutzer, zwischen Fadenportionierung oder Reibbremsen in Abhängigkeit vom gewünschten Einsatzbereich der Nähmaschine zu wählen.

Um eine Naht auf einem Stoff zu erstellen, existieren heutzutage auf dem Markt eine Vielzahl von Vorrichtungen unterschiedlicher Konstruktion, um Steppstiche auszuführen. Bei herkömmlichen Haushaltsnähmaschinen werden in bekannter Weise ein Oberfaden und ein Unterfaden auf einer Spule im Zusammenspiel mit einer Nadel verwendet, um den Oberfaden dazu zu bringen, einen Steppstich auf dem Stoff auszuführen, welcher in der Nähmaschine genäht wird.

Ein korrektes Verhältnis zwischen der Länge des Oberfadens und der Länge des Unterfadens eines Stiches ist wünschenswert, um eine Naht auszuführen, die dekorativ aussieht und von hoher Qualität ist. Die Proportion zwischen der Länge des Oberfadens und des Unterfadens jedes Stiches hängt von dem Verhältnis zwischen der jeweiligen Spannung des Oberfadens und des Unterfadens während der Ausführung eines Knotens ab, welcher von Oberfaden und Unterfaden gebildet wird und welcher einen Verschluß für einen Stich in der Naht erzeugt.

Um die gewünschte Qualität eines Stiches zu erreichen, ist es wünschenswert, dass der Knoten eines Stiches sicher an der in Relation zu dem Stoff gewünschten Stelle plaziert werden kann. Eine optimale Anordnung des Knotens ist üblicherweise in der Mitte des Stoffes, bei Betrachtung seines Querschnitts.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die momentane Fadenspannung des Oberfadens auf der Basis des Fadenverbrauchs von vorhergehenden Stichen für die Naht automatisch anzupassen. Solch eine Vorrichtung wird beispielsweise in der US 6 012 405 offenbart. In dieser Vorrichtung wird der tatsächliche Fadenverbrauch des Oberfadens mit Hilfe eines Decoders für die verbrauchte Fadenlänge nach einem abgeschlossenen Stich gemessen, wobei diese Information über den tatsächlichen Fadenverbrauch eines bereits ausgeführten Stiches verwendet wird, um die Fadenspannung eines nachfolgenden Stiches anzupassen, um ein korrektes Verhältnis von Fadenlänge zwischen Oberfaden und Unterfaden zu bewerkstelligen. Diese und andere ähnliche Lösungen setzen voraus, dass die Oberfadenlänge, die für einen vorliegenden Stich gewünscht ist, im voraus bekannt ist.

Die US 4 967 679 offenbart eine Lösung zum Erreichen einer automatischen Steuerung der Fadenzufuhr, wobei eine Nähmaschine für gerade Nähte die Fadenportionierung in Übereinstimmung mit einer vorgeschriebenen Oberfadenlänge vornimmt, und die Fadenspannung des Oberfadens beim Zickzacknähen anpasst. Die Fadenportionierung dieser Lösung ist mechanisch betrieben, wobei Rollen, welche den Faden antreiben, synchron mit den antreibenden mechanischen Elementen gedreht werden. Beim Zickzacknähen wird die Fadenspannung entsprechend einem manuell vorgegebenen Wert elektrisch eingestellt. In dieser beschriebenen Lösung ist die Fadenzufuhr indirekt überwacht und nicht durch ein direktes Ablesen einer vorherrschenden Abweichung zwischen tatsächlichem Fadenverbrauch und einem vorbestimmten Fadenverbrauch pro Stich.

Aus der WO 00/68483 A1 ist es bekannt, die Fadenspannung als solche zu messen und danach die erforderliche Fadenspannungsregelung vorzunehmen. Aus der US 4408554 ist eine Steuerung der Fadenspannung bekannt, die ohne einen Fadenhebel auskommt und eine variable Steuerung der Fadenspannung ermöglicht.

Während des Nähens weicht der berechnete Verbrauch des Oberfadens manchmal vom tatsächlichen Verbrauch ab, was z. B. davon abhängen kann, dass die Verlagerung des Stoffes vom theoretisch exakten Wert abweicht. Wenn z. B. gewünscht ist, den Faden mit Hilfe eines Fadenportionierers auszugeben, der automatisch einen berechneten Betrag pro Stich ausgibt, anstelle einer Steuerung der Zugkräfte in dem Oberfaden mit Hilfe einer üblichen Reibbremse, ist eine präzise Information über eine Abweichung zwischen einem berechneten und einem tatsächlichen Fadenverbrauch bereits während des vorliegenden Stiches erforderlich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, um diese gewünschte Information zu erlangen.

Erfindungsgemäß wird eine Nähmaschine mit folgenden Merkmalen zur Verfügung gestellt:

  • – Mitteln zum Versorgen einer Nadel mit einem Oberfaden,
  • – einem Schlingenfänger, in dem eine Spule für einen Unterfaden untergebracht ist,
  • – einer Antriebseinheit, die teilweise durch Kupplungselemente auf die Nadel einwirkt, eine Hin- und Herbewegung auszuführen, und teilweise auf ein mechanisches Element einwirkt, eine mit der Nadel synchrone Bewegung auszuführen, wobei
die Nadel während ihrer Bewegung im Zusammenspiel mit dem Schlingenfänger Stiche auf einem Nähgut ausführt, das zwischen Oberfaden und Unterfaden vorwärts transportiert wird, durch Festziehen eines Knotens für jeden Stich, der in dem Nähgut von dem Oberfaden im Zusammenspiel mit dem Unterfaden ausgebildet wird, wobei die Nähmaschine eine Sensorfunktion aufweist, die eine Abweichung ermittelt zwischen:
  • – einer Position A des mechanischen Elements als einem Sollwert für einen Zeitpunkt, zu dem ein vorbestimmter Wert einer Zugspannung in dem Oberfaden beim Festziehen eines Knotens erreicht wird

    und
  • – einer Position B des mechanischen Elements als einem Istwert des Zeitpunkts, an dem der vorbestimmte Wert der Zugspannung in dem Oberfaden beim Festziehen des Knotens erreicht wird

    und wobei die Nähmaschine Steuermittel zur Steuerung der Mittel aufweist, die zur Versorgung der Nadel mit einem Oberfaden benutzt werden, so dass der Absolutwert der Abweichung, d. h. |A – B| minimiert wird.

Die Mittel zur Versorgung der Nadel mit Oberfaden besitzen beispielsweise entsprechend Anspruch 14 einen Portionierer für eine gewünschte Fadenlänge pro Stich oder entsprechend Anspruch 16 eine Reibbremse für den Oberfaden, welche eine korrekte Zugspannung in dem Oberfaden während jedes Stiches durch Ausüben einer Bremskraft, die auf den Faden wirkt, einstellt. Gemäß Anspruch 2 weit die Sensorfunktion vorzugsweise einen Zeitsensor zur Ermittlung eines Zeitpunktes auf, zu dem der Istwert der Position des ausgewählten mechanischen Elements abgelesen wird.

Üblicherweise weisen die mechanischen Elemente, die auf die Nadel zur Ausführung der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung einwirken, eine Nähmaschinenwelle auf, z. B. eine Antriebswelle, die durch die Antriebseinheit der Nähmaschine oder eine durch die Antriebseinheit in Rotation versetzte Zusatzwelle gedreht wird. Jede dieser erwähnten Wellen kann als das mechanische Element verwendet werden, das besagte Bewegung synchron mit der Nadel ausführt, wobei das mechanische Element in diesem Fall eine drehende zyklische Bewegung ausführt. Gemäß Anspruch 3 kann In alternativen Ausführungsformen das mechanische Element durch ein sich linear bewegendes Element verkörpert sein oder durch ein mechanisches Element, das um einen Drehpunkt oszilliert, wobei in diesen beiden Fällen die mechanischen Elemente durch die Antriebseinheit von der Nähmaschine in ihre zyklische Bewegung versetzt werden. Beispielsweise ist das ausgewählte Element gemäß Anspruch 4 die zweite Hauptantriebswelle der Nähmaschine.

Die Ermittlung des Zeitpunkts, zu dem die festgelegte Zugspannung in dem Oberfaden erreicht wird, wird mit Hilfe eines Elements ausgeführt, das den Zeitpunkt einer schnellen Zunahme der Zugspannung in dem Oberfaden erfasst, z. B. gemäß Anspruch 5 dadurch, dass der Zeitsensor einen Zugspannungsdetektor besitzt, der eine Veränderung der Zugspannung in dem Oberfaden erfasst, was den Zeitpunkt des Festziehens des Knotens eines Stiches anzeigt. Solch ein Element kann auf viele Arten realisiert werden, z. B. entsprechend Anspruch 6 durch die Verwendung einer Fadentransportfeder, um welche der Oberfaden eingehängt ist. Bei einer sehr schnellen Zunahme der Zugspannung wird diese Feder schnell in eine neue Position gebracht, wenn sie durch den Oberfaden gespannt wird. Durch die Ermittlung, wann die Positionsänderung der Fadentransportfeder stattfindet, erhält man einen Wert für den Zeitpunkt t des Festziehen des Knotens. Der Zeitpunkt, zu dem die vorbestimmte Zugspannung in dem Oberfaden auftritt, kann hierbei beispielsweise durch Dimensionierung der Federkräfte der Fadentransportfeder durch ihre Konstruktion, Materialwahl etc. festgelegt werden. Weiterbildungen des Zweitsensors mit einem Zugspannungsdetektor mit seiner Feder sind in den Ansprüchen 7 bis 10 aufgezeigt.

Wenn das mechanische Element in einer Ausführungsform aus einer rotierende Welle besteht, schließt die Position A des mechanischen Elements ein, dass die Welle einen Rotationswinkel A einnimmt, wo eine Markierung auf der Welle mit einer fixierten definierten Markierung neben der sich drehenden Welle übereinstimmt. Die Position B des mechanischen Elements entspricht dem tatsächlichen Rotationswinkel, den die Welle in Relation zu der fixierten Markierung genau in dem Moment einnimmt, wenn die festgelegte Zugspannung erfasst wird.

In der Nähmaschine wird der Oberfaden gespannt, wenn ein Fadenheber, durch den der Oberfaden eingefädelt ist, in einer Richtung für das Festziehen des Knotens verlagert wird. Wenn der Fadenhebel den Oberfaden nach einer korrekt ausgegebenen Fadenlänge spannt, ist der Rotationswinkel A der sich drehenden Welle ein bekannter Parameter. Durch eine Ermittlung des Rotationswinkels B (welcher in diesem Beispiel durch die Position B bestimmt ist), erhält man eine Messung der Abweichung zwischen einem berechneten und einem tatsächlichen Fadenverbrauch, wenn der Faden gespannt wird und dann der tatsächliche Winkel B mit dem Winkel A, um welchen Betrag der Faden für eine korrekte Länge von ausgegebenem Faden hätte gespannt werden sollen, verglichen wird. Die Erfindung ermöglicht es also zu ermitteln, ob eine korrekte Fadenlänge, eine zu kleine Fadenlänge oder eine zu große Fadenlänge zugeführt wird.

Ein Teil der Erfindung ist, dass es möglich wird, eine Messung zu erhalten, um wieviel der tatsächliche Fadenverbrauch von dem theoretisch korrekten abweicht, wodurch es möglich wird, die Abweichung mit Hilfe einer Anpassung der ausgegebenen Fadenlänge zu kompensieren. Die Berichtigung der Abweichung wird von Mitteln zur Fadenportionierung ausgeführt, die zur Minimierung der Abweichung gesteuert werden, oder dadurch, dass eine Reibbremse zur Minimierung der Abweichung gesteuert wird. Die Abweichung von dem theoretisch errechneten Fadenverbrauch kann z. B. von einer unterschiedlichen Elastizität des verwendeten Fadens oder von variierender Vorschubeffizienz beim Transport des Nähguts abhängen. Das Merkmal „Minimieren der Abweichung" bezieht sich hierbei auf den Absolutwert der Abweichung unabhängig davon, ob die Abweichung positiv oder negativ ist.

Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass es möglich wird, eine automatische Vorrichtung zur Fadenportionierung zu benutzen, d. h. eine Fadentransportvorrichtung gemäß Anspruch 11, die eine bestimmte Fadenlänge pro Stich liefert und die Mittel für die Versorgung der Nadel mit dem Oberfaden bildet. Früher war es problematisch, solch eine Fadenportionierung zu verwenden, als kein Verfahren zur Verfügung stand, Angaben über die Abweichung zwischen theoretischem und tatsächlichem Fadenverbrauch eines gegenwärtigen Stiches, d. h. des Stiches, der zu diesem Zeitpunkt von der Maschine genäht wurde, zu erhalten.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass es möglich wird, zwischen zwei Verfahren für eine Zufuhr von Oberfaden zu der Nadel, angepasst an den Nahttyp, die Nähmethode und das Nähgut, welches momentan verwendet wird, auszuwählen und für beide Zufuhralternativen die Möglichkeit zu haben, die Abweichung zwischen tatsächlichem und errechnetem Fadenverbrauch in jedem Stich gegen Null regeln zu können.

Eine Möglichkeit, die Fadenportionierung auszuführen, ist die Verwendung eines Schrittmotors gemäß Anspruch 13, der Antriebsrollen antreibt, die an dem Faden anliegen und den Faden in Abhängigkeit von der Schrittanzahl des Motors zuführen. Dies erlaubt auch ein Anpassen des Fadenverbrauchs des aktuellen Stiches. Wenn z. B. die ermittelte Abweichung darauf hinweist, dass zuviel Faden bei dem aktuellen Stich zugeführt worden ist, kann der Schrittmotor am Ende eines Stiches ein paar Schritte rückwärts gefahren werden und dadurch mit Hilfe der Antriebsrollen bereits zugeführten Faden zurückziehen. Normalerweise erfolgt das Anpassen jedoch durch Regelung der Fadenzufuhr eines nachfolgenden Stiches in der Absicht, eine Abweichung, welche momentan, d. h. aktuell, für die Fadenzufuhr vorherrscht, zu reduzieren.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindungen sind in der folgenden detaillierten Beschreibung offenbart, die in Kombination mit den anhängenden Zeichnungen interpretiert werden soll. Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nur für den Zweck der Illustration ausgeführt sind und die Erfindung nicht eingrenzen. Die Zeichnungen sind nicht maßstäblich ausgeführt und zeigen nur konzeptionelle Strukturen und Verfahren, die hier beschrieben sind.

1 zeigt schematisch den Antrieb einer Nähmaschine mit zwei Hauptwellen, die mit Hilfe eines Riemens verbunden sind, wobei sich die Wellen für jeden Stich, den die Nähmaschine ausführt, um eine Umdrehung drehen.

2 zeigt eine Modellansicht einer Nähmaschine mit einer Fadentransportvorrichtung und einem Zeitsensor zum Messen des Zeitpunkts des Festziehens eines Knotens in einem Stich.

3 stellt die Position des Istwerts einer Hauptwelle beim Festziehen eines Knotens dar.

4 stellt die Position für den Sollwert der Hauptwelle gemäß 3 beim Festziehen des Knotens dar.

5 stellt eine Kurve der Zugspannung in dem Oberfaden als eine Funktion der Zeit dar und zeigt ferner, wie der Zeitpunkt t der vorbestimmten Kraft P ermittelt wird.

6a und 6b zeigen zwei verschiedene Positionen des Zeitsensors, wobei dargestellt ist, wie ein Lichtstrahl durch ein Markierungszeichen zum Zeitpunkt t unterbrochen wird.

7 stellt schematisch die Fadentransportvorrichtung dar.

8 zeigt die Reibbremse für den Oberfaden.

Im folgenden wird eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung unter Unterstützung durch die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

In 1 ist eine funktionelle Konfiguration des Antriebs einer Nähmaschine sehr schematisch beschrieben, wobei eine erste Hauptwelle, mit 1 bezeichnet, von einem Antriebsmotor angetrieben wird (nicht dargestellt). Eine zweite Hauptwelle 2 ist mit dieser ersten Hauptwelle 1 verbunden. Die zweite Hauptwelle 2 wird mit Hilfe eines Riemens 3 von der ersten Hauptwelle angetrieben. Ein Positionssensor 4 ist an der zweiten Hauptwelle 2 angeordnet. Die Bewegung eines Fadenhebels 5 der Nähmaschine ist mit Hilfe einer mechanischen Kupplung zwischen der ersten Hauptwelle 1 und dem Fadenhebel 5 ausführbar. Solch eine mechanische Kupplung ist üblich und die Einzelheiten, die die Kupplung aufweist, sind zusammen durch den Pfeil 6 bezeichnet. Die erste Hauptwelle 1 treibt auch eine Nadel 7 an, durch die ein Oberfaden 8 gefädelt wird, wie in 2 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt.

Ein Nähgut wird in einer bekannten Art in Form eines Stoffes 9 zwischen einem Unterfaden und einem Oberfaden 8 zur Ausführung einer Naht transportiert, welche durch gewünschte Stiche ausführt wird. Gemäß dem gezeigten Beispiel wird der Stoff über einen Nähtisch 10 zugeführt, der auch eine Unterfadenspule, die in einem Schlingenfänger untergebracht ist, enthält. Für die Umsetzung eines Stiches, in diesem Fall ein Steppstich, wird die Nadel in eine Hin- und Herbewegung versetzt, die durch die erste Hauptwelle 1 gesteuert wird, so daß die Nadel den Oberfaden durch den Stoff führt, woraufhin der Schlingenfänger den Oberfaden 8 um die Spule, die den Unterfaden enthält, führt, wobei ein Knoten in dem Stoff 9 hergestellt wird, wenn die Nadel wieder nach oben durch den Stoff gebracht wird und der Fadenhebel 5 den Knoten des Stiches festzieht.

Der Oberfaden 8 wird mit Hilfe einer Fadentransportvorrichtung 11 zugeführt, die den Faden dem Fadenhebel 5 über eine Fadentransportfeder 12 zuführt, die sich zu biegen beginnt, wenn die Zugspannung im Oberfaden 8 einen bestimmten Wert überschreitet.

Ein in einem Prozessor C gespeichertes Steuerungsprogramm ist mit der Maschine verknüpft. Das Steuerungsprogramm erhält Informationen über die momentane Rotationsposition der zweiten Hauptwelle 2. Da die beiden Hauptwellen miteinander gekoppelt sind und ferner der Fadenhebel 5 und die Nadel 7 durch die Bewegungen dieser Wellen gesteuert werden, sind die Bewegungen der Hauptwellen 1, 2, des Fadenhebels 5 und der Nadel 7 zueinander in einem zyklischen Bewegungsmuster synchronisiert, wobei das Steuerungsprogramm auch Informationen über die Position des Fadenhebels 5 und der Nadel 7 des zyklischen Prozesses erhalten kann.

Mit Hilfe eines Positionssensors kann eine Stellung irgendeines mechanischen Elements, welches an der zyklischen Bewegung in der Nähmaschine teilnimmt, ermittelt werden. Als ein Beispiel eines Positionssensors wird gezeigt, wie die Bewegung der erwähnten Fadentransportfeder 12, die in einen Zeitsensor 13 integriert ist, benutzt wird, um den Zeitpunkt, zu dem der Faden 8 bei Vollendung eines Stiches festgezogen wird, zu bestimmen. Gemäß 3 und 4 wird in dem Beispiel ein Detektor gezeigt, bei dem der Rotationswinkel der zweiten Hauptwelle 2 der Nähmaschine als das mechanische Element verwendet wird, für welches besagte Position in der Form des Rotationswinkels der Welle ermittelt wird.

Wenn der Fadenhebel 5 der Nähmaschine in 2 sich nach oben bewegt, wird der Oberfaden 8 zum Festziehen des Knotens eines vorliegenden Stiches gespannt. Der Rotationswinkel A, um welchen der Fadenhebel 5 den Oberfaden 8 um eine korrekte Länge an zugeführtem Faden spannt, ist bekannt. Durch Ermitteln, um welchen Rotationswinkel B der Oberfaden tatsächlich gespannt ist, und Vergleichen des tatsächlichen Winkels B, um welchen der Oberfaden tatsächlich gespannt wird, mit dem Winkel A erhält man ein Maß der Abweichung zwischen theoretischem und tatsächlichem Fadenverbrauch.

In den 3 und 4 ist symbolisch gezeigt, wie man einen Istwert und einen Sollwert des Rotationswinkels des Positionssensors 4 bestimmen kann. Die Rotationsrichtung wird durch den Pfeil 14 angezeigt und beispielsweise von einer Nullreferenz aus, die in der Figur mit 0° gekennzeichnet ist, gemessen. Wenn der Rotationswinkel B größer ist als der Rotationswinkel A (3), d. h. der Faden wird später gespannt als gewünscht, wurde eine kleinere Fadenlänge verbraucht als anvisiert. Die Größe der Winkeldifferenz A – B stellt ein Maß für die Abweichung des Fadenverbrauchs bereit. Wenn der Winkel B kleiner als der Winkel A ist (s. 4), wurde eine größere Fadenlänge als errechnet verbraucht. Auch in diesem Fall stellt die Größe der Winkeldifferenz A – B ein Maß für die Abweichung des Fadenverbrauchs zur Verfügung, jedoch mit einem umgekehrten Vorzeichen. Wenn ein Meßergebnis vorliegt, um wieviel der tatsächliche Fadenverbrauch von dem theoretisch korrekten abweicht und welches Vorzeichen die Differenz hat, kann diese erhaltene Abweichung dazu benutzt werden, durch automatisches Anpassen des ausgegebenen Fadenbetrags der Nähmaschine die Abweichung zu kompensieren. Dies kann durch Verwendung des Wertes (und des Vorzeichens) der Abweichung ausgeführt werden, um die Fadentransportvorrichtung 11 mit Hilfe einer Korrektur des durch den Prozessor errechneten theoretischen Werts des Fadenverbrauchs zu steuern.

Erfindungsgemäß basiert die Ermittlung der Position B auf der Tatsache, daß der Zeitpunkt des Festziehens des Knotens festgestellt werden kann, wobei dieser Zeitpunkt gewissermaßen mit einem meßbaren Zeitpunkt einer Zeitspanne verknüpft ist, während der das Festziehen des Knotens stattfindet. Einfach erläutert, wird für jeden Knoten der jeweiligen Stiche gefordert, daß ein vergleichbarer Wert des Zeitpunkts, zu dem der Knoten festgezogen wird, erzielt werden kann. Ein Beispiel wie dies erreicht werden kann, ist unter Bezugnahme auf 5 gezeigt. In dieser Figur wird durch eine Kurve sehr schematisch gezeigt, wie die Zugspannung F des Oberfadens einer Nähmaschine als eine Funktion der Zeit T variiert. Wenn das Festziehen des Knotens eines Stiches initiiert wird, steigt die Zugspannung F in dem Oberfaden steil an, wie aus der Abbildung ersichtlich. Nach dem Festziehen des Knotens kehrt die Zugspannung zu einem niedrigen Wert zurück, d. h. der Faden wird entspannt. Ein Zeitsensor ist angeordnet, um den Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem die Zugspannung F in dem Oberfaden einen vorher eingestellten Wert P erreicht.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Zeitsensor in der Form eines Elements bereitgestellt, das zu dem Zeitpunkt t im Verlauf des Festziehens des Knotens aktiviert wird, zu dem die Zugspannung in dem Oberfaden besagten, vorher festgesetzten Wert P erreicht. Gemäß dem Beispiel weist der Zeitsensor 13 die vorher erwähnte Fadentransportfeder 12 auf. Der Zeitsensor 13 und seine Funktion sind mit Hilfe der 6a und 6b deutlicher dargestellt. Die Fadentransportfeder 12 ist an einer drehbaren Scheibe 15 angebracht. An der Scheibe 15 ist ein Markierungszeichen 16 radial von der Scheibe nach außen zeigend angebracht. Wenn der Oberfaden 8 entspannt wird, d. h. die Zugspannung in dem Oberfaden klein ist, befindet sich die Fadentransportfeder 12 in der Position, welche in 6a angedeutet ist. Das Markierungszeichen 16 unterbricht dann nicht einen Lichtstrahl 17, der quer zur Fläche des Markierungszeichens 16 von einer (nicht gezeigten) Lichtquelle ausgestrahlt und durch einen Lichtdetektor empfangen wird, welcher ebenfalls nicht gezeigt ist, da diese Mittel bekannter Stand der Technik sind.

Wenn ein Knoten mit Hilfe des Fadenhebels 5 festgezogen wird, steigt die Zugspannung im Oberfaden schnell an, was bewirkt, daß die Fadentransportfeder 12 gemäß 6b durch den Oberfaden 8 aufwärts gezogen wird. Wenn die Fadentransportfeder 12 in dieser Weise aufwärts gezogen wird, wird die Scheibe 15 durch die Feder gedreht, wobei das Markierungszeichen 16 in eine neue Position gebracht wird, in der es den Lichtstrahl 17 unterbricht, wie in 6b gezeigt. Der Zeitpunkt, zu dem der Lichtstrahl 17 unterbrochen wird, wird durch den Prozessor der Nähmaschine erfaßt, wobei eine Ermittlung der Position B beim Festziehen des Knotens des aktuellen Stiches durch Ablesen des Rotationswinkels des Positionssensors 4 mit Hilfe des Prozessors zu besagtem Zeitpunkt ausgeführt werden kann. Der eingestellte vorbestimmte Wert P der Zugspannung wird durch eine Auslegung der Federkräfte der Fadentransportfeder 12 und einer mit der Scheibe 15 verbundenen Feder zum Zurückfedern der beweglichen Teile des Zeitsensors 13 zu der Position, an der die Zugspannung in dem Oberfaden wieder klein ist, definiert, wie in 6a dargestellt.

Zeitsensoren der gezeigten Art können natürlich in verschiedener Weise erstellt werden. Daher wäre es durchaus möglich, ein federndes Lichtrad, um welches der Oberfaden verläuft, zu verwenden und den Zeitpunkt für ein Verlagern der federnden Scheibe, die durch die zunehmende Zugspannung in dem Oberfaden während eines Festziehens eines Knotens bedingt ist, zu ermitteln. Jede Vorrichtung, die benutzt wird, um einen Zeitpunkt einer durch das Festziehen des Knotens bedingten angestiegenen Zugspannung in dem Oberfaden zu ermitteln, kann als ein Element für die Bereitstellung der Zeit, d. h. für das Erfassen des Zeitpunkts t, verwendet werden.

Während des Nähvorgangs wird in der Nähmaschine der ermittelte Wert B des Rotationswinkels mit dem Sollwert A des Rotationswinkels verglichen, wobei eine mögliche Abweichung bestimmt wird. Abhängig von der Art, wie die Zeitpunktmessung vorgesehen ist, um den Wert des Zeitpunkts t zu erfassen, kann ein Bedarf entstehen, den Betrag des verbleibenden Fadenverbrauchs während des Vorgangs des Festziehens des Knotens mit Hilfe des Prozessors zu berechnen, welche in 5 aus der Zeitspanne besteht, während der die angestiegene Zugspannung vorherrscht. Solch eine Berechnung des Fadenverbrauchs kann in dem Prozessor durch Zuführung von Parametern wie Stichlänge, Stichbreite, Stoffdicke etc. an diesem durchgeführt werden. Wenn ein starrer Zugspannungsdetektor anstelle der elastischen Fadentransportfeder 12 verwendet wird, kann der Zeitpunkt t der Zeitpunkt sein, zu welchem der Knoten vollständig festgezogen ist, wobei eine Berechnung von weiterem Fadenverbrauch während des Festziehens des Knotens nicht erforderlich ist.

Wenn man eine Messung der Abweichung zwischen A und B erhalten hat, d. h. in dem gezeigten Beispiel in Form der Winkeldifferenz A – B, wird dieses Maß zur Steuerung der Fadentransportvorrichtung 11 in Richtung einer Minimierung der Abweichung während des Nähens verwendet, d. h. diese Winkeldifferenz wird auf Null gebracht.

Die Fadentransportvorrichtung 11 ist in dem vorliegenden Beispiel mit auswählbaren Mitteln zur Versorgung der Nadel 7 mit einer gewünschten Menge an Oberfaden 8 versehen. Zum einen sind dies ein Fadenportionierer und zum anderen eine Reibbremse für den Oberfaden 8.

7 zeigt schematisch einen Fadenportionierer, der durch einen Prozessor C gesteuert wird. In dem Prozessor werden auf die Position A, an welcher ein Knoten eines Stiches korrekt festgezogen wird, bezogene Daten gespeichert. Dem Prozessor werden ferner kontinuierlich Daten zugeführt, die den tatsächlichen Rotationswinkel des mechanischen Elements anzeigen, an welchem die Position B gemessen wird, d. h. der Istwert des Rotationswinkels, wobei in dem vorliegenden Beispiel ein Bezug zu dem Rotationswinkel der zweiten Hauptwelle 2 hergestellt ist. Ferner ist ein Motor M, der mechanisch mit drei Antriebsrollen R1, R2, R3 über einen in der Figur mit 20 bezeichneten Getriebemechanismus gekoppelt ist, über einen Prozessor C steuerbar. Hierin wird eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher der Motor M aus einem Schrittmotor besteht, aber selbstverständlich können andere Typen von elektrischen Antriebseinheiten, die in einer anderen Weise als gestuft gesteuert sind, verwendet werden. Der Oberfaden 8 wird durch gelöste Reibscheiben 21 zwischen den Rollen R1, R2, R3 transportiert, wobei eine schrittweise Betätigung des Motors M dafür sorgt, daß der Oberfaden vorwärts zu der Nadel 7 oder rückwärts von der Nadel 7 weg bewegt wird. Der Betrag an vorwärts oder rückwärts transportiertem Faden wird durch die Anzahl von Schritten bestimmt, um welche der Motor betätigt wird. Der Oberfaden wird vorwärts zugeführt, wenn der Motor in der Vorwärtsrichtung schrittweise betätigt wird, bezeichnet mit F, und wird rückwärts bewegt, wenn der Motor schrittweise rückwärts betätigt wird, bezeichnet mit B. Die Zustellung ist kontrollierbar in Abhängigkeit vom Wert und vom Vorzeichen der gemessenen Abweichung A – B. Die Größe des numerischen Werts der Abweichung A – B wird zu der Anzahl der Schritte, um die der Motor schrittweise betätigt wird, in Beziehung gesetzt. Falls die Abweichung positiv ist, d. h. A – B größer als Null ist, wird der Motor schrittweise vorwärts betätigt. Falls andererseits die Abweichung negativ ist, d. h. A – B kleiner Null ist, wird der Motor schrittweise rückwärts betätigt. Die Anzahl der Schritte, um die der Motor während eines Stiches schrittweise vorwärts bewegt wird, ist natürlich hauptsächlich durch den theoretischen Wert (errechnet durch den Prozessor) der erforderlichen Zufuhr bestimmt. Jedoch kann ein schrittweises Rückwärtsbewegen nur in einer limitierten Zahl von Schritten ausgeführt werden.

Während bestimmter Näharten, z. B. beim Freihandnähen mit der Nähmaschine, oder wenn es der Bediener der Nähmaschine wünscht, kann es unpraktisch sein, eine Fadenportionierung zu verwenden. In diesen Fällen kann der Fadenportionierer durch Entkoppeln der Antriebsrollen R2 und R3 gelöst werden, so daß diese nicht an der Antriebsrolle R1 anliegen. Dadurch kann der Oberfaden frei zwischen den Antriebsrollen R1, R2 und R3 verlaufen. Statt dessen kann die Nähmaschine hierdurch umgeschaltet werden, um den Oberfaden 8 mit Hilfe der Reibbremse für den Oberfaden 8 zu bremsen. Hierbei wird ein hier nicht beschriebener Schalter eingesetzt, um den Fadenportionierer zu entkoppeln und die Reibbremse zu aktivieren und umgekehrt. In einer Zwischenposition, einer neutralen Position, entkoppelt der Schalter sowohl den Fadenportionierer als auch die Reibbremse. Diese neutrale Position wird beispielsweise beim Einfädeln des Oberfadens 8 der Nähmaschine verwendet. Ferner wird diese neutrale Position als eine Zwischenposition am Übergang vom Fadenportionieren zum Reibbremsen und am Übergang vom Reibbremsen zum Fadenportionieren eingesetzt.

Beim Ansteuern des Schrittmotors M zur Rotation um eine festgelegte Anzahl an Schritten in der umgekehrten Richtung Zurück (B) sind die Antriebsrollen R1, R2, R3 gezwungen, voneinander getrennt zu sein, und daher ist der Fadenportionierer ausgekoppelt, während statt dessen eine Feder 22 durch ein Getriebe 23 bei fortdauernder Rotation in dieser Rotationsrichtung (B) gespannt wird, wie schematisch in 8 gezeigt. Wenn die Feder 22 durch Vorsehen eines in Richtung H mit Hilfe einer Kraft vom Schrittmotor M zu drückenden Federspanners 24 gespannt wird, werden die Reibscheiben 21, die als Reibbremse für den Oberfaden 8 eingesetzt werden, durch eine größere Kraft gegeneinander gebracht, wodurch die Bremskraft in dem Oberfaden 8 erhöht wird. Wenn eine Reduktion der Bremskraft in dem Oberfaden gewünscht ist, wird der Schrittmotor eine Anzahl von Schritten in der entgegengesetzten Rotationsrichtung gedreht, d. h. in der Richtung F, wobei der Federspanner 24 aufgrund der Federkräfte der Feder 24 in die mit L bezeichnete Richtung gedrückt wird. Die Kraft, mit welcher die Reibscheiben aneinander anliegen, wird reduziert und dadurch wird die Bremskraft auf den Oberfaden 8, der zwischen den Reibscheiben 21 verläuft, reduziert.

Da die Bremskraft auf den Oberfaden 8 in der geschalteten Position zum Reibbremsen mit Hilfe der Rotationsrichtung, in welcher der Schrittmotor M dreht, und der Anzahl an Schritten, um welche der Motor M betätigt wird, gesteuert wird, kann die Bremskraft folglich durch Steuerung des Schrittmotors M gesteuert werden. Bei Ansteuerung des Schrittmotors M mit Hilfe des Signals, das in Beziehung zur gemessenen Abweichung A – B steht, kann die Fadenlänge, die benötigt und die in jedem Stich verbraucht wird, um den Knoten an der richtigen Stelle in dem Nähgut zu plazieren, gesteuert werden, um den Absolutwert der Abweichung A – B auch dann zu minimieren, wenn sich die Fadentransportvorrichtung 11 in der Position zum Reibbremsen des Oberfadens 8 befindet. Genau wie im Fall der auf Fadenportionierung geschalteten Position wird dies durch Berechnung der Abweichung in dem Prozessor C ausgeführt, wobei ein Fehlersignal in einer der automatischen Steuerungstechnologie bekannten Weise von dem Prozessor gesendet wird, um den Schrittmotor M zur Erhöhung oder Reduzierung der Bremskraft auf den Oberfaden anzusteuern, so daß die Abweichung des Absolutwerts |A – B| in Richtung eines Minimums geführt wird. Wenn eine andere Art von Motor anstelle eines Schrittmotors zur Kontrolle der Fadenportionierung und der Reibbremse verwendet wird, wird die Steuerung selbstverständlich auf einem anderen Motorparameter basieren, wie z. B. der Zahl von Umdrehungen, der Drehkraft etc.

Ein großer Vorteil der gezeigten Ausführungsform besteht darin, daß die Steuerung der Fadenzufuhr sowohl beim Fadenportionieren als auch beim Reibbremsen des Oberfadens 8 mit ein und demselben Motor ausgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß die gezeigte Konstruktion es ermöglicht, einen Schrittmotor M, die Fadenportionierelemente 20, R1, R2, R3, etc., die Reibbremsenelemente 21, 22, 23, 24, etc. der Reibbremse und den Zeitsensor 13 in ein und demselben Modul zusammenzusetzen. Diese modulare Konstruktion verbilligt die Konstruktion und macht es einfach, das gesamte Modul als eine separate und kompakte Einheit zu installieren und auszuwechseln.

Selbstverständlich ist es möglich, die Regelung des zur Nadel 7 zugeführten Fadens mit Hilfe von separaten Elementen zur Fadenportionierung und zur Reibbremsung auszuführen, wobei jedes Element mit einem eigenen zugewiesenen Motor zum Antrieb der Fadenportionierungselemente und zum Antrieb der Reibbremsenelemente ausgestattet ist.


Anspruch[de]
Nähmaschine mit:

– Mitteln (11) zum Versorgen einer Nadel (7) mit einem Oberfaden (8),

– einem Schlingenfänger, in dem eine Spule für einen Unterfaden untergebracht ist,

– einer Antriebseinheit, die durch Kupplungselemente auf eine Anzahl mechanischer Elemente (1, 2, 5, 7) einwirkt, wobei die Nadel (7) solch ein mechanisches Element ist, um zwischen denselben synchrone zyklische Bewegungen auszuführen, wobei die Nadel (7) während ihrer Bewegung im Zusammenspiel mit dem Schlingenfänger Stiche auf einem Nähgut (9) ausführt, das zwischen Oberfaden (8) und Unterfaden vorwärts transportiert wird, während ein Fadenhebel (5) in jedem Stich einen Knoten festzieht, der in dem Nähgut (9) von dem Oberfaden (8) im Zusammenspiel mit dem Unterfaden ausgebildet wird, wobei die Nähmaschine dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Sensorfunktion aufweist, die eine Abweichung ermittelt zwischen:

– einer Position A eines ausgewählten mechanischen Elements (1, 2, 5, 7), die ein Sollwert für die Position A zu einem Zeitpunkt ist, zu dem beim Festziehen eines Knotens ein festgelegter Wert P einer Zugkraft in dem Oberfaden (8) erreicht wird, und

– einer Position B des ausgewählten mechanischen Elements (1, 2, 5, 7), die ein Istwert der Position B zu dem Zeitpunkt t ist, zu dem beim Festziehen des Knotens der festgelegte Wert P von der Zugkraft in dem Oberfaden (8) erreicht wird, und

wobei die Nähmaschine Steuermittel (C, M) für die Steuerung der Mittel (11) besitzt, die zum Versorgen der Nadel (7) mit einem Oberfaden (8) eingesetzt werden, sodass die Abweichung A – B auf Null gebracht wird.
Nähmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfunktion einen Zeitsensor (13) zur Ermittlung eines Zeitpunkts t aufweist, zu dem der Istwert der Position des ausgewählten mechanischen Elements (1, 2, 5, 7) abgelesen wird. Nähmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte mechanische Element eine erste Hauptantriebswelle (1), eine zweite Hauptantriebswelle (2), der Fadenhebel (5), die Nadel (7), ein linear bewegliches, durch die Antriebseinheit der Nähmaschine angetriebenes Element und/oder ein durch die Antriebseinheit der Nähmaschine zum Oszillieren um einen Rotationspunkt angetriebenes Element ist. Nähmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte Element die zweite Hauptantriebswelle (2) der Nähmaschine ist. Nähmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitsensor (13) einen Zugspannungsdetektor (13) besitzt, der eine Veränderung der Zugspannung in dem Oberfaden (8) erfaßt. Nähmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugspannungsdetektor eine Feder (12) besitzt, die durch den Oberfaden (8) gespannt wird. Nähmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) mit einem Markierungszeichen verbunden ist, das seine Position ändert, wenn die Feder (12) gespannt wird. Nähmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitsensor (13) mit einem Lichtstrahl (17) arbeitet, der durch das Markierungszeichen (16) zu dem Zeitpunkt t unterbrochen wird, zu dem die festgelegte Zugkraft P in dem Oberfaden (8) überschritten wird. Nähmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitsensor (13) einen Lichtdetektor aufweist, welcher ein Signal an einen in die Steuermittel integrierten Prozessor (C) übermittelt, wobei das Signal Informationen über den Zeitpunkt t enthält. Nähmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Position B zu dem Zeitpunkt t durch den Prozessor (C) ablesbar ist. Nähmaschine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für die Versorgung der Nadel (7) mit dem Oberfaden (8) eine Fadentransportvorrichtung (11) sind. Nähmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (C) mit einem Steuerungsprogramm für die Nähmaschine programmiert ist. Nähmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadentransportvorrichtung (11) einen Schrittmotor (M) aufweist, der durch den Prozessor (C) mit einem Steuersignal zur Steuerung der Fadentransportvorrichtung versorgt wird, so dass die Zufuhr des Oberfadens (8) zu der Nadel durch den Schrittmotor (M) so bestimmt ist, dass der Absolutwert der Abweichung A – B minimiert ist. Nähmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadentransportvorrichtung einen Fadenportionierer aufweist, der dem Oberfaden (8) durch den Schrittmotor eine Fadenlänge zuführt, die durch den Prozessor (C) bestimmt ist. Nähmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenportionierer Antriebsrollen (R1, R2, R3) aufweist, die aneinander und an dem Oberfaden (8) anliegen und die über einen Getriebemechanismus (20) durch den Schrittmotor (M) angetrieben sind, um die gesteuerte Fadenlänge pro Stich zuzuführen. Nähmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadentransportvorrichtung (11) eine Reibbremse für den Oberfaden (8) besitzt, wobei diese Reibbremse eine durch den Prozessor (C) bestimmte und durch den Schrittmotor (M) ausgeführte Bremskraft auf den Oberfaden ausübt. Nähmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbremse Reibscheiben (21) aufweist, die der Schrittmotor zur Ausübung einer bestimmten Bremskraft auf den Oberfaden (8) einstellt. Nähmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbremse einen Federspanner (24) und eine Feder (22) besitzt, wobei der Schrittmotor (M) den Federspanner (24) steuert, um eine Federkraft für die Feder (22) einzustellen, so dass diese Feder (22) zur Ausübung einer Bremskraft auf den Oberfaden (8) gemäß einer Berechnung des Prozessors (C) auf die Reibscheiben (21) wirkt.






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