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Die
Erfindung betrifft eine Nähmaschine nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Eine
derartige Nähmaschine
ist z.B. aus der
DE
30 43 141 A1 bekannt. Sobald sich die Stärke des mit
einer solchen Nähmaschine
zu nähenden
Stoffs ändert,
muss die Nähmaschine
von Hand neu eingestellt werden oder aber es muss die Programmierung der
Nähmaschine
angepasst werden. Dies ist zeitaufwendig.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nähmaschine
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine Umstellung der
Nähmaschine
bei sich ändernder
Stoffstärke
automatisch erfolgt.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
eine Nähmaschine
mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß wurde
zunächst
erkannt, dass der wesentliche Parameter, auf den es im Zusammenhang
mit der Stärke
des Nähguts
angeht, die Stärke
des während
des Nähvorgangs
komprimierten Stoffes ist. Diese komprimierte Stoffstärke wird gemessen,
indem die Position des Niederhaltefußes in einer Niederhaltestellung
anhand einer diese Niederhaltefußposition repräsentierenden
Gestängeposition
mittels eines Positionssensors erfasst wird. Als Niederhaltefuß kann ein
Drückerfuß zum Niederhalten
des Stoffes im Bereich einer Stichbildstelle oder ein den Stoff
während
eines Transportvorganges in einer Niederhaltestellung ebenfalls
niederhaltender Transportfuß eingesetzt
werden. Die so automatisch erfasste komprimierte Stoffstärke im Bereich
der Stichbildstelle kann über
die Steuereinrichtung in vorgegebene Stellwerte abhängig von
dieser komprimierten Stoffstärke
umgesetzt werden. Die Nähmaschine
passt sich daher automatisch an die jeweils erfasste komprimierte
Stoffstärke
an. Eine manuelle Umstellung bzw. eine manuelle Programmanpassung
ist nicht erforderlich. Dies verkürzt die Rüstzeit beim Umstellen des Nähguts erheblich.
Zudem werden Fehleinstellungen vermieden. Mithilfe der von der Steuereinrichtung
vorgegebenen Stellwerte kann ein sicherer Stofftransport bei gleichzeitig
minimalem Druck erreicht werden, den die Niederhaltefüße, also der
Drückerfuß und/oder
der Transportfuß,
auf den Stoff ausüben.
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Ein
Positionssensor nach Anspruch 2 gibt einen Abstandswert aus, der
einfach gemessen werden kann. Alternativ ist es möglich, die
Lage einer bestimmten Komponente des beweglichen Gestänges im
Raum zu bestimmen, ohne hierfür
eine relative Abstandsmessung heranzuziehen.
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Sensortypen
nach Anspruch 3 oder 4 haben sich zur Abstandsmessung bewährt.
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Ein
Positionssensor nach Anspruch 5 kann elegant in das Gestänge integriert
werden. Die Anordnung eines solchen Positionssensors berücksichtigt,
dass bei den bekannten Nähmaschinen
der Druck, den die Schub-Komponente
auf die Gehäuse-Komponente
ausübt,
von der Höhe
des Niederhaltefußes
in der Niederhaltestellung, also von der komprimierten Stoffstärke, abhängt.
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Ein
optischer Sensor nach Anspruch 6 kann entweder als Abstandssensor
oder aber als die absolute Lage einer Komponente im Raum bestimmender Sensor,
z.B. als Lichtschranke oder Lichtschleier, ausgeführt sein.
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Mithilfe
einer Steuereinrichtung nach Anspruch 7 kann die Nähgeschwindigkeit
der Nähmaschine
an die komprimierte Stoffstärke
angepasst werden. Die Nähgeschwindigkeit
kann daher relativ nahe an der bei einer bestimmten Stoffstärke möglichen
maximalen Nähgeschwindigkeit
gehalten werden, was die Nähzeit
insgesamt verkürzt.
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Eine
Steuereinrichtung nach Anspruch 8 erlaubt eine Optimierung der Fadenspannung
an die jeweilige Nähgutstärke. Dies
gewährleistet
eine saubere Stichbildung auch bei hohen Materialstärken.
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Eine
Steuereinrichtung nach Anspruch 9 gewährleistet einen sicheren Transport
bei gleichzeitig minimalem Transporthub. Insbesondere kann hierdurch
eine minimal erforderliche Lüfterhöhe immer gewährleistet
sein. Dies spart beim Betrieb der Nähmaschine Zeit, z.B. beim Belüften und
Entlüften
eines in diesem Zusammenhang eingesetzten Hubzylinders, und ermöglicht ein
leichtes Positionieren des Nähgutes.
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Eine
Steuereinrichtung nach Anspruch 10 gewährleistet eine optimale Anpassung
der Stichlänge
an die Stoffstärke.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Nähmaschine
mit teilweise abgenommenen Gehäuseelementen
und schematisch dargestellter Steuereinrichtung;
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2 eine
teilweise aufgebrochene Frontansicht der Nähmaschine mit entferntem Kopfdeckel und
einem Drückerfuß in Niederhaltestellung
bei eingelegtem dicken Stoff;
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3 eine
zu 2 ähnliche
Darstellung der Nähmaschine
mit dem Drückerfuß in Niederhaltestellung
bei eingelegtem dünneren
Stoff;
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4 eine
schematisierte Darstellung einer Obertransportvorrichtung in einer
Stellung, die derjenigen nach 2 entspricht;
und
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5 eine
zu 4 ähnliche
Darstellung der Nähmaschine
in einer Stellung der Obertransportvorrichtung, die derjenigen nach 3 entspricht.
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In
der Zeichnung zeigen die 1 bis 3 abgesehen
von den Steuerungskomponenten eine realitätsgetreue Wiedergabe einer
teilweise demontierten Nähmaschine 1.
Die 4 und 5 zeigen die Nähmaschine 1 in
einer schematischen Darstellung zur Verdeutlichung der Kopplung
mechanischer Komponenten einer insgesamt mit 2 bezeichneten Obertransportvorrichtung.
Vom grundsätzlichen
Aufbau her ist die Nähmaschine 1 bekannt,
sodass nachfolgend im Detail nur die erfindungswesentlichen Komponenten
hiervon erläutert
werden.
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Die
Nähmaschine 1 hat
ein C-förmiges
Gehäuse 3.
Sie weist eine Grundplatte 4 und einen oberen Arm 5 auf.
Zur Vervollständigung
der C-Form verbindet ein Ständer 6 die
Grundplatte 4 mit dem Arm 5. In Letzterem ist
eine Armwelle 7 (vgl. 4) gelagert,
die von einem nicht dargestellten Motor angetrieben ist. Von der
Drehung der Armwelle 7 sind durch mechanische Kopplung
abgeleitet die Auf- und Abbewegung einer Nadelstange 8 mit
einer Nähnadel 9 sowie
die Bewegung der Obertransportvorrichtung 2. Zum Antrieb
der Obertransportvorrichtung 2, deren kinematischer Aufbau übersichtlich
den 4 und 5 zu entnehmen ist, ist die
Armwelle 7 drehfest mit einer Exzenterscheibe 10 verbunden.
An Letzterer ist eine Zugstange 11 angelenkt, die wiederum
gelenkig verbunden ist mit einer Schwinge 12. Letztere
schwingt um ein gehäusefestes
Schwinggelenk 13 um eine Schwingachse parallel zur Armwelle 7.
An seinem von der Exzenter-Zugstange 11 abgewandten Ende
ist die Schwinge 12 gelenkig verbunden mit einer weiteren
Zugstange 14. Letztere trägt einen Dauermagneten 15,
der ein magnetisches Feld mit etwa senkrecht zur Grundplatte 4 verlaufenden Feldlinien
erzeugt.
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4 zeigt
die Obertransportvorrichtung 2 in einer Niederhaltestellung
für einen
dicken zu nähenden
Stoff 16, die nachfolgend als erste Niederhaltestellung
bezeichnet wird. In der ersten Niederhaltestellung ist dem Dauermagneten 15 direkt
benachbart ein Hall-Sensor 17. Dieser ist an einem gehäusefesten
Ausleger 18 montiert. Über
eine Signalleitung 19 steht der Hall-Sensor 17 mit
einer zentralen Steuereinrichtung 20 in Verbindung.
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Die
Magnet-Zugstange 14 ist an ihrem von der Schwinge 12 abgewandten
Ende an einer in 4 oberen Ecke angelenkt an einem
Dreieckhebel 21. Eine in 4 linke
untere Ecke des Dreieckshebels 21 ist angelenkt an einem
Drückerfuß 22.
Der Drückerfuß 22 dient
zum Niederhalten von Stoff im Bereich einer Stichbildstelle. Zwischen
dem in 4 linken unteren Gelenk des Dreieckshebels 21 und
einem oberen Gehäusedeckel 23 stützt sich
eine Druckfeder 24 ab, deren Vorspannung mittels einer Federdruck-Stellschraube 25 einstellbar
ist. Die Federdruck-Stellschraube 25 ist moto risch angetrieben. Dieser
Antrieb steht über
eine Signalleitung 26 mit der Steuereinrichtung 20 in
Verbindung. Mit der Federdruck-Stellschraube 25 als motorisch
angetriebenem Stellglied wird die Lüfterhöhe eingestellt. Das in 4 rechte
untere Eckgelenk des Dreieckhebels 21 ist über eine
Koppelstange 27 angelenkt an einem Transportfuß 28 für zu nähenden Stoff.
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Die
Obertransportvorrichtung 2 stellt ein bewegliches Gestänge zur
angetriebenen Verlagerung des Drückfußes 22 und
des Transportfußes 28 dar. Im
Betrieb tragen der Drückerfuß 22 und
der Transportfuß 28 durch
ein wechselweises Anheben aus der Niederhaltestellung in eine angehobene
Stellung zur Freigabe des Stoffs zum Obertransport von diesem bei.
Die Position des Drückerfußes 22 und
des Transportfußes 28 in
der angehobenen Stellung wird bei der Nähmaschine 1 eingestellt über ein
motorisch angetriebenes Stellrad 29. Das Stellrad 29 steht über eine
Signalleitung 30 mit der Steuereinrichtung 20 in Verbindung.
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Die
Fadenspannung eines ersten Nähfadens wird
bei der Nähmaschine 1 durch
ein motorisch angetriebenes Stellglied 31 eingestellt.
Letzteres steht über
eine Signalleitung 32 mit der Steuereinrichtung 20 in
Verbindung. Die Fadenspannung für
einen zweiten Nähfaden
wird bei der Nähmaschine 1 durch ein
motorisch angetriebenes Stellglied 33 eingestellt. Letzteres
steht über
eine Signalleitung 34 mit der Steuereinrichtung 20 in
Verbindung.
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Eine
Stichlänge
kann bei der Nähmaschine 1 über ein
als Stichlängen-Stellrad 35 ausgeführtes motorisch
angetriebenes Stellglied eingestellt werden. Letzteres steht über eine
Signalleitung 36 mit der Steuereinrichtung 20 in
Verbindung.
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Die
Steuereinrichtung 20 steht über eine Signalleitung 37 mit
einer Motorsteuerung 38 in Verbindung, die wiederum in
nicht dargestellter Weise mit dem Antriebsmotor für die Armwelle 7 in
Signalverbindung steht.
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Die
Vorgabe von Stellwerten für
die Federdruck-Stellschraube 25, das Hubverstellungs-Stellrad 29,
die Fadenspannungs-Stellglieder 31, 33, das Stichlängen-Stellrad 35 sowie
die Motorsteuerung 38 geschieht folgendermaßen:
Während des
Obertransportes werden der Drückerfuß 22 und
der Transportfuß 28 durch
die Obertransportvorrichtung 2 wechselweise verlagert zwischen der
Niederhaltestellung und der angehobenen Stellung. In der Niederhaltestellung
kommt es für
die Position des Drückerfußes 22 und
des Transportfußes 28 darauf
an, auf welche Dicke sich der Stoff komprimieren lässt. Die
erste Niederhaltestellung nach den 1, 2 und 4 zeigt
einen relativ dicken, z.B. zweilagigen Stoff 16, der sich
kaum komprimieren lässt.
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Eine
zweite Niederhaltestellung, die in den 3 und 5 dargestellt
ist, zeigt einen relativ dünnen,
z.B. einlagigen Stoff 39, der sich ebenfalls kaum komprimieren
lässt.
Abhängig
von der Stoffqualität
kann auch ein relativ dicker Stoff in der Niederhaltestellung hin
zu einer vergleichsweise geringen Stärke im Stichbildbereich komprimiert
sein. Für das
Nähen ist
hauptsächlich
entscheidend, wie dick der Stoff während des Niederhaltens durch
den Drückerfuß 22 bzw.
den Transportfuß 28 ist.
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Die
Zugstange 14 ist ein beweglicher Abschnitt der Obertransportvorrichtung 2,
deren Abstand zum Ausleger 18 sich bei der Verlagerung
des Drückerfußes 22 bzw.
des Transportfußes 28 zwischen
der angehobenen Stel lung und der Niederhaltestellung stetig ändert. Liegt
ein auch im komprimierten Zustand noch relativ dicker Stoff vor,
wie z.B. in der ersten Niederhaltestellung, ist der Dauermagnet 15 dem
Hall-Sensor 17 direkt benachbart. Der Hall-Sensor 17 gibt
daher ein dieser starken Annäherung
des Dauermagneten 15 entsprechendes Signal über die
Signalleitung 19 weiter an die Steuereinrichtung 20.
Dort werden nun Vorgabewerte für
den Federdruck der Druckfeder 24, für die Position des Drückerfußes 22 und
des Transportfußes 28 in
der angehobenen Stellung, für
die Fadenspannungen, für
die Stichlänge
sowie für
die Nähgeschwindigkeit
errechnet bzw. aus in der Steuereinrichtung 20 abgelegten Vorgabewert-Tabellen
ausgelesen. Diese Vorgabewerte werden dann von der Steuerung 20 über die
Signalleitungen 26, 30, 32, 34, 36 und 37 weitergegeben
an die Federdruck-Stellschraube 25,
das Hubverstellungs-Stellrad 29, das Fadenspannungs-Stellglied 31,
das Fadenspannungs-Stellglied 33, das Stichlängen-Stellrad 35 sowie
die Motorsteuerung 38.
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Liegt
in der Niederhaltestellung ein relativ gut komprimierbarer oder
von Haus aus dünner
Stoff vor, ist der Dauermagnet 15 vom Hall-Sensor 17 weiter beabstandet
und es resultiert ein Sensorsignal, welches dieser geringeren komprimierten
Stoffstärke entspricht.
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Je
dicker die komprimierte Nähgutdicke
ist, je größer also
die Annäherung
des Dauermagneten 15 an den Hall-Sensor 17 ist,
desto höher
wird beispielsweise die Fadenspannung über die Fadenspannungs-Stellglieder 31, 33 eingestellt.
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Je
größer die über den
Hall-Sensor 17 gemessene Stoffstärke ist, desto höher werden
die Positionen von Drückerfuß 22 und
Transportfuß 28 in der angehobenen
Stellung vorgegeben, damit ein sicherer Transport der Obertransportvorrichtung 2 gewährleistet
ist.
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Je
höher die
gemessene Stärke
des komprimierten Stoffs ist, desto niedriger wird über die
Motorsteuerung 38 die Drehzahl der Armwelle 7 vorgegeben,
damit ein sicherer Transport sowie ein sicherer Nähvorgang
gewährleistet
ist.
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Je
dicker die komprimierte Stärke
des Stoffs gemessen wird, desto größer ist beim Nähen der
Verlust an Stichlänge.
Entsprechend wird die Stichlänge bei
größeren komprimierten
Stoffstärken
durch Vorgabe eines entsprechenden Wertes an das Stichlängen-Stellrad
vergrößert.
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Zudem
kann die Lüfterhöhe auf die
erkannte Stoffstärke
abgestimmt werden. Die Lüfterhöhe des Drückfußes 22 sowie
des Transportfußes 28 kann
so gewählt
werden, dass der Stoff gerade noch bequem eingelegt bzw. entnommen
werden kann. Es kann also die minimal erforderliche Lüfterhöhe ausgewählt werden.
Dies spart Zeit beim Belüften
und Entlüften eines
Hubzylinders als Teil der Obertransportvorrichtung 2. Zudem
ist ein leichtes Positionieren des Stoffs ermöglicht.
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Der
Abstand zwischen dem Hall-Sensor 17 und dem Dauermagneten 15 als
Folge der Abstandsänderung
zwischen dem Ausleger 18 und der Zugstange 14 ändert sich
beim Betrieb der Obertransportvorrichtung 2 zyklisch. Immer
dann, wenn der Drückerfuß 22 gemeinsam
mit dem Transportfuß 28 in
der Niederhaltestellung vorliegen, erreicht der Abstand zwischen
dem Hall-Sensor 17 und
dem Dauermagneten 15 ein Extremum. Dieses Extremum kann mithilfe
einer entsprechenden, zeitlich aufgelösten Erfassung des Ausgabewertes
des Hall-Sensors 17 von der Steuereinrichtung 20 ermittelt werden.
Das Extremum ist der Position des Drückerfußes 22 bzw. des Transportfußes 28 in
der Niederhaltestellung eindeutig zugeordnet. Es stellt ein Maß für die durch
den Drückerfuß 22 bzw.
den Transportfuß 28 komprimierte
Stärke
des Stoffs 16 bzw. 39 dar.
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Alternativ
kann der Positionssensor, der bei der Ausführung nach den 1 bis 5 durch
den Hall-Sensor 17 mit dem Dauermagneten 15 gebildet wird,
auch durch andere Sensortypen verkörpert sein. Der Positionssensor
kann beispielsweise als kapazitiver Näherungssensor ausgebildet sein,
wobei der Ausleger 18 und die Zugstange 14 Teile
eines Kondensators sind, dessen Kapazität gemessen wird. Der Positionssensor
kann auch als Piezoelement ausgebildet sein, welches zwischen einer
in Schubverbindung mit dem Drückerfuß 22 stehenden Komponente,
z.B. der Druckfeder 24, und einer gehäusefesten Komponente der Nähmaschine 1,
z.B. dem Gehäusedeckel 23,
angeordnet ist. Dabei misst das Piezoelement den Druck, den die
Druckfeder 24 auf den Drückerfuß 22 bzw. den Transportfuß 28 in der
Niederhaltestellung ausübt.
Dieser Druck hängt davon
ab, wie stark der Drückerfuß 22 bzw.
der Transportfuß 28 in
der Niederhaltestellung durch einen entsprechend starken darunter
liegenden Stoff angehoben sind. Der Positionssensor kann bei einer weiteren
Variante auch als optischer Sensor, z.B. als Lichtschleier, ausgebildet
sein.
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Die
Anpassung der Stellwerte an die vom Hall-Sensor 17 gemessene
Stoffstärke
kann insbesondere verzögerungsfrei
an sich kontinuierlich während
des Nähvorgangs ändernde
komprimierte Stoffstärken
erfolgen.
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Vorstehend
wurde die Positionserfassung zur Dickenmessung des komprimierten
Stoffs am Beispiel des den Stoff niederhaltenden Drückerfußes 22 beschrieben.
Genauso ist es möglich,
diese Messung mithilfe des Trans portfußes 28 in einer den
Stoff niederhaltenden Niederhaltestellung durchzuführen.
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Soweit
vorstehend ein motorischer Antrieb von Nähmaschinenkomponenten erwähnt wurde, kann
es sich hierbei beispielsweise um einen pneumatischen Antrieb, um
einen hydraulischen Antrieb oder um einen Schrittmotorantrieb handeln.