Wulfhorst, Burkhard (Eilfschornsteinstrasse 18 Aachen, D-52062, DE)
Wulfhorst, Burkhard (Eilfschornsteinstrasse 18 Aachen, D-52062, DE)
| 1. | Verfahren zur Herstellung von Nähnähten, bei dem sich alle nähstichund näh nahtbildenden Elemente ausschließlich auf einer Seite des Nähgutes befinden, wobei diese nähstichund nähnahtbildenden Elemente sich auf Ebenen bewe gen, die schräg auf das Nähgut gerichtet sind und das Nähgut auf einem Näh guthalter liegt, der die Penetration der nähstichund nähnahtbildenden Ele mente zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Nähfaden schlingen einander durchdringen und daß sich alle nähstichund nähnahtbil denden Elemente der Vorrichtung ausschließlich auf einer Seite des Nähgutes befinden, diese nähstichund nähnahtbildenden Elemente sich auf Ebenen be wegen, die schräg auf das Nähgut gerichtet sind und sich schneiden und die nähstichund nähnahtbildenden Elemente innerhalb dieser Ebenen Koppelkur ven 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 nähstichoder nähnahtbildenden Element zu dem nächsten nähstichoder nähnahtbildenden Element zu übergeben, und außerdem das Nähgut auf einem Nähguthalter liegt, der die Penetration der nähstichund nähnahtbildenden Elemente zuläßt und zu dem das Nähgut durch einen mit der Vorrichtung verbundenen Gegen halter fixiert wird, wobei die Vorrichtung während der Schwenkbewegung der nähstichund 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 nähnahtund nähstichbildenden Elemente um eine gedachte Achse in nerhalb des Nähgutes drehen und die Vorrichtung bei dem Prozeßbeginn so auf das Nähgut aufgesetzt wird, daß die nähstichund nähnahtbildenden Ele mente senkrecht das Nähgut penetrieren. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle der Vorrichtung elektronisch mit der Steuerung der Vorschubeinrichtung gekop pelt ist, so daß die Vorschubeinrichtung abhängig von der Drehzahl der An triebswelle 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 Nahtrich tungswechsel 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 exzen trisch gelagert sind und eine zusätzliche Phasenverschiebung der Bewegungen der einzelnen nähstichund nähnahtbildenden Elemente erfolgt, um die Positi on der einzelnen nähstichund 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 Vor richtung 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 inte grierbar ist, daß eine Führung der Vorrichtung von Hand und/oder ein Vernä hen von schlauchoder hülienförmigen Nähgütern möglich sind. |
Die Erfindung umfaßt weiterhin eine Nähmaschine mit wenigstens zwei Nadeln, wobei alle beweglichen Teile der Nähmaschine auf nur einer Seite des Nähgutes angebracht sind, sowie einen speziellen Nähguthalter. Neben der Nähmaschine und dem Nähguthalter umfaßt die Erfindung eine Steuerung.
Handelsübliche Nähmaschinen stellen Nähnähte her, in denen ein Nähfaden oder mehrere Nähfäden mit sich selbst oder untereinander verschlungen werden. Die bekannten Nähstichtypen sind in DIN 61 400 klassifiziert und beschrieben. Allen Vorrichtungen zur Herstellung der dort beschriebenen, eine vollständige Penetra- tion des Nähgutes bedingenden Nähstichtypen ist gemeinsam, daß mechanisch miteinander gekoppelte Maschinenelemente oberhalb und unterhalb der Nähgut- ebene angeordnet sind. Die mechanischen Kopplungselemente sind durch einen Maschinenständer geführt. Typische Maschinengestelle haben eine C-Form. Die Verarbeitung von ebenen Nähgütern, die nicht gefaltet werden können oder dür- fen, ist damit kaum möglich. Ebene Nähgüter großer Abmessungen oder solche Nähgüter, die schlauch-oder hüllenförmig sind, können nicht verarbeitet werden.
Handelsübliche Verfahren, die eine mechanische Entkopplung und eine elektroni- sche Kopplung der Maschinenelemente oberhalb und unterhalb der Nähgutebene verwenden, setzen eine linienförmige Bewegung der Nähmaschine und eine ebe- ne Bewegung des Nähgutes voraus. Dies macht es erforderlich, daß der Raum für die Nähmaschine immer mindestens die zweifache, in vielen Fällen sogar die vierfache Größe des Nähgutes haben muß, wenn alle Bereiche des Nähgutes mit Nähnähten versehen werden sollen.
Das Vernähen räumlich gekrümmter Nähgüter oder solcher Nähgüter, die vor dem Vernähen räumlich fixiert werden müssen, ist mit den bekannten Maschinen nicht möglich. Ein Verfahren, das irrtümlicherweise in der Öffentlichkeit als Nähverfah- ren bezeichnet wird, führt 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 Schlingenreihe 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 beschrie- ben. Sie arbeitet mit einem zweiseitigen Nähgutzugriff wie konventionelle Nähma- schinen.
Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 33 38 405 A1 sind verschiedene Nähmaschinen bekannt. Eine der dargestellten Nähmaschinen, die von zwei Sei- ten auf das Nähgut zugreift, bildet einen bekannten Steppstich. Ferner ist in die- sem Dokument eine einseitig arbeitende Nähmaschine dargestellt, die einen Ket- tenstich 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 me- chanisch gekoppeltes Maschinenelement, nämlich ein Umlauf-oder ein Ketten- stichgreifer, betrieben wird. Die Vorrichtung greift damit auf die bestehenden Näh- verfahren 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 be- schriebene Verfahren sowie die dort beschriebene Vorrichtung. In diesem Fall be- wegen sich die für die Stichbildung erforderlichen Nadeln in zwei Ebenen, die par- allel zueinander angeordnet sind. Weiterhin setzt die dort beschriebene Vorrich- tung voraus, daß eine der beiden Nadeln eine ausgeprägte Rastphase besitzt.
Derartige Rastphasen sind außerordentlich schwer zu kontrollieren und zu steu- ern, da Maschinenschwingungen auftreten und ein schnell bewegtes Maschinen- teil 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 Raum- einsatz ermöglichen und das räumliche Vernähen erlauben.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa- tentanspruchs 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 Raum- einsatz 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 mitein- ander und die anschließende Imprägnierung dieser Textilien mit einem Kunststoff kann der so entstehende Faserverbundwerkstoff deutlich höhere Lasten aufneh- men als im unvernähten Zustand. Das Vernähen großer Strukturen aus Verstär-
kungstextilien für Faserverbundwerkstoffe, z. B. für Flugzeugteile, führt unter Ver- wendung 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 bewegli- chen Nähmaschine anzufahren, kann der Raumbedarf auf ein Minimum reduziert werden.
Faserverbundwerkstoffe sind laminar aufgebaut und werden aus Verstärkungstex- tilien und einem Matrixmaterial hergestellt. Erst durch die Aushärtung des Matrix- materials entsteht der eigentliche Faserverbundwerkstoff. Werden die Verstär- kungstextilien mit dem Matrixmaterial mit einem festigkeitserhöhenden Fadenma- terial vernäht ehe das Matrixmaterial mit dem Härtungsmittel getränkt wird, so können Nachteile bisheriger Fertigungsverfahren vermieden werden. Ferner ge- stattet das Vernähen die Konfektionierung und Kombination unterschiedlicher Ver- stärkungstextilien, was mit den bisher bekannten textilen Fertigungsverfahren nicht möglich ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Patent- ansprüche 2 bis 7.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausfüh- rungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt : 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 Nähnadel 1 mit einem Nähfaden 2 in das Nähgut 3 einsticht und nach der Über- schreitung ihres unteren Totpunktes eine Nähfadenschlinge 4 bildet. In die Nähfa- denschlinge 4 sticht eine weitere Nähnadel 5 mit einem Nähfaden 6 ein. Die bei- den Nähnadeln 1 und 5 bewegen sich in zwei unterschiedlichen, einander schnei- denden Ebenen. Sie bewegen sich in diesen Ebenen nicht linienförmig, sondern sie beschreiben Koppelkurven. Hierdurch wird ermöglicht, daß die Nähnadel 5 und
die von der Nähnadel 1 in dem Nähfaden 2 gebildete Nähfadenschlinge 4 ein- taucht. 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 Nähnadel 1 mit dem Nähfaden 2 eintaucht. Da die Nähfadenschlinge 7 erst zu ei- nem späteren Zeitpunkt gebildet wird, ist sie in Fig. 1 nicht dargestellt. Während der weiteren Aufwärtsbewegung der Nähnadel 5 wird die um diese Nähnadel lie- gende Nähfadenschlinge 4 durch das Nähgut 3 abgestreift. Zur Realisierung die- ses Verfahrens beschreiben die Nähnadeln 1 und 5 achfförmige, einander durch- dringende Koppelkurven 23. Die Koppelkurven 23 sind so ausgelegt, daß der Schnittpunkt der einzelnen Koppelkurven 23 unterhalb des Nähgutes 3 liegt. Die- ser Schnittpunkt ist in Fig. 1 nicht zu sehen, weil dort bereits die Horizontalbewe- gung der Vorrichtung überlagert ist. Der Schnittpunkt der beiden Bewegungsebe- nen liegt ebenfalls unterhalb der Nähgutebene. Während der Penetrationsbewe- gung bewegen sich die Nähnadeln 1 und 5 näherungsweise auf einer Geraden, die räumlich schräg auf das Nähgut 3 gerichtet ist. Nach dieser nahezu geradlini- gen Nähnadelbewegung durchschreiten die Nähnadeln 1 und 5 den unteren bo- genförmigen Teil der Koppelkurve 23. In diesem Zeitraum wird die Vorrichtung über das Nähgut 3 bewegt, so daß sich der innerhalb der Nähgutebene befindliche 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 ei- ner vornehmlich linearen und einer vornehmlich rotatorischen Bewegung erfolgt.
Die beschriebene Bewegung der Nähnadeln wird durch den in Fig. 2 gezeigten Getriebemechanismus bewirkt. Dieser Mechanismus wird wegen seiner konstruk- tiven 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- ten betrachtet werden. Die rechte Hälfte besteht aus dem Antrieb 9 mit einer An- triebswelle 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 Wel- lenende 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- bar gelagertes Auflager 16, das die Nadelstange 17 in ihrer axialen Richtung fi- xiert. 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 be- schreibt die Nadel 18 die bereits zuvor beschriebene Koppelkurve 23 (Fig. 1).
Gleichzeitig wird die Drehbewegung der Antriebswelle 10 auf die Welle 19 der lin- ken Vorrichtungshälfte übertragen. Diese zweite Vorrichtungshälfte ist wie die rechte Vorrichtungshälfte aufgebaut, die Kurbeln der linken Vorrichtungshäifte sind so ausgerichtet, daß sie gegenüber den Kurbeln 13 und 14 phasenversetzt um- laufen.
Die gesamte Vorrichtung wird in dem Beispiel durch eine x-y-z-Verfahreinheit 20 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 ge- stattet. Die Vorrichtung ist in ihrem unteren Bereich mit einer Stichplatte 22 verse- hen, die gleichzeitig zur Fixierung des Nähgutes gegenüber der Unterlage dient.
Die Fixierung geschieht durch ein entsprechendes Andrücken der Vorrichtung auf 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.
Next Patent: METHOD AND DEVICE FOR TREATING ROPE-FORM TEXTILE PRODUCTS