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.