Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fadenüberwachung eines auf einer Fadenspule aufgewickelten Fadens sowie eine Aufspuleinheit zum Aufwickeln eines Fadens auf einer Fadenspule während des Betriebes einer Nähmaschine.

In bekannter Weise beziehen Nähmaschinen während Ihres Betriebes gleichzeitig einen Oberfaden und einen Unterfaden aus jeweiligen Fadenspulen. Dabei wird regelmäßig wesentlich mehr Oberfaden als Unterfaden benötigt, wobei der Oberfaden zudem aufgrund seiner Verarbeitung unterhalb des Nähfußes noch wesentlich größeren mechanischen Belastungen in Folge der Dynamik verschiedener Näh-Teilschritte ausgesetzt ist, als diese beim Unterfaden der Fall ist. Über mehrere Nähzyklen hinweg gesehen ergibt sich jedoch in Abhängigkeit eines jeweiligen Nähgutes und einer jeweiligen Nähaufgabe ein festes Mengenverhältnis an Verbrauch von Oberfaden und Unterfaden.

Aus dem Stand der Technik sind die unterschiedlichsten Ansätze bekannt, Fadenverbrauchsabschätzungen auf Basis von Zählungen von Spulenumdrehungen durchzuführen. Aus verschiedenen Untersuchungen ist jedoch bekannt, dass eine Fadenspule an einer Nähmaschine während eines Nähvorganges sehr unkontrolliert läuft. So findet beispielsweise nach Beginn eines jeden Nähvorganges ein Anreißen einer Drehbewegung eines Spulenkörpers statt, wobei der Zeitpunkt dieses Anreißens sowie die Stärke der einsetzenden Drehbewegung des Spulenkörpers und die Beschleunigung des Spulenfadens unter anderem vom Füllgrad der Fadenspule, vom Material des Fadens sowie von dem Verschleiß mechanischer Elemente im Bereich der Fadenspule abhängig sind, um nur einige der möglichen Einflussfaktoren zu nennen. Die Bewegung der Fadenspule ist somit im Wesentlichen nicht planbar. Infolgedessen ist diese Bewegung selbst vom Start eines Nähvorganges her betrachtet nicht mathematisch zu beschreiben. Die unkontrollierte Bewegung der Fadenspule macht damit zudem auch eine zuverlässige Umdrehungszählung, eine darauf aufbauende Abschätzung eines Fadenverbrauches sowie eine Kontrolle auf Fadenbruch oder Fadenende sehr schwierig. Diese allgemeinen Feststellungen gelten sowohl für den Oberfaden, als auch für den Unterfaden einer Nähmaschine.

In bekannter Weise ist eine Unterfadenspule unter einem Nähtisch im Bereich eines Nähfußes in sehr beengten räumlichen Verhältnissen angeordnet, so dass ein Unterfaden-Vorrat auf einer Fadenspule bzw. einem sog. bobbin stets wesentlich begrenzter als ein Oberfaden-Vorrat auf sog. coils ausfallen muss. Abgesehen von Betriebsstörungen durch Fadenriss tritt daher im praktischen Einsatz von Nähmaschinen regelmäßig der Fall auf, dass während eines Nähvorganges der Unterfaden aufgebraucht ist. Auch wenn eine Nähmaschine in einem solchen Fall bei zuverlässiger Verhinderung einer sogenannten Scheinvernähung, d. h. eine Vernähung nur mit Oberfaden und ohne Sicherung der Naht durch einen Unterfaden, angehalten werden würde, so weist eine mit Auswechslung der Unterfadenspule beendete Naht stets eine wesentlich geringere Qualität und Zuverlässigkeit auf, als dies bei einer in einem Stück ohne Unterbrechung genähten Naht der Fall sein würde. Regelmäßig würde jedoch die Nähmaschine bis zu einem Abschalten eine gewisse Anzahl von Stichen nur mit dem Oberfaden weiterlaufen. Mindestens im Fall optischer Kanten bzw. Sichtnähte, die bei hoher optischer Qualität nur einmal genäht werden können, wäre ein betreffendes Nähgut damit B-Ware oder gar Ausschuss. Damit treten neben dem Einsatz bei der Vernähung sicherheitsrelevanter Elemente auch im Bereich der Lederverarbeitung und der Verarbeitung von Textilien mit Sichtnähten jeden Tag Verluste auf, die durch Vorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik prinzipiell nicht vollständig vermieden werden können.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze für eine Restfadenüberwachung bekannt. Hierzu sind beispielsweise aus der US 3,845,320 Spulenkörper mit einem Hauptfach und einem Reservefach unter Überwachung durch eine Lichtquelle und ein opto-elektrisches Element bekannt, deren Achsen über drei Ausführungsformen hinweg stets ungefähr parallel zu einer Drehachse des Spulenkörpers ausgerichtet sind:

Nach einer ersten Ausführungsform werden hier alle Wandungen des Spulenkörpers mit Reservekammer lichtdurchlässig ausgeführt. Licht einer Lichtquelle, die an einer ersten Außenwandung des Spulenkörpers angeordnet ist, kann bei fortschreitender Entleerung der Reservekammer immer besser zu einem Lichtdetektor als opto-elektrisches Element gelangen, der an einer zweiten Außenwandung des Spulenkörpers angeordnet ist. Dementsprechend leuchtet eine Indikatorlampe zur Information einer Bedienperson immer stärker auf, um auf das nahende Fadenende an dem betreffenden Spulenkörper und einen anstehenden Spulentausch aufmerksam zu machen.

Nach einer zweiten Ausführungsform können die Lichtquelle und das opto-elektrische Element gemeinsam im Bereich einer Außenwandung des Spulenkörpers angeordnet sein, wobei nur die zugehörige Außenwandung lichtdurchlässig ist und eine Trennwandung der Reservekammer eine lichtreflektierende Oberfläche aufweist. Von der Lichtquelle aus einfallendes Licht wird dann erst mit fortschreitendem Entleeren der Reservekammer zu dem opto-elektrischen Element reflektiert, wobei wiederum eine Indikatorlampe mit entsprechender Leuchtstärke angesteuert wird. Nach einer dritten Ausführungsform wird eine erste Außenwandung und auch die Trennwandung der Reservekammer des Spulenkörpers lichtdurchlässig ausgeführt, wobei die zweite Außenwandung reflektierend wird. Die übrige Vorrichtung und das Verfahren laufen jedoch im Wesentlichen analog der beschriebenen zweiten Ausführungsform ab.

Lichtdurchlässig ausgeführte Wandungen eines Spulenkörpers verteuern jedoch ein derartiges Massenprodukt wesentlich, wobei sie auch die Stabilität und Lebensdauer eines Spulenkörpers unter den rauen Einsatzbedingungen deutlich senken. Zudem ist dieses Verfahren anfällig gegen Verschmutzungen durch Staub und/oder Öl, die eine Detektion eines jeweiligen Restlichts mit der Folge unzuverlässig machen, dass ein bereits völlig entleerter Spulenkörper noch als mindestens teilweise gefüllt erkannt wird.

Die dritte Ausführungsform gemäß der US 3,845,320 wird in der DE 34 47 138 C2 bei einem Spulenkörper ohne Reservekammer aufgegriffen, wobei die gewisse Lichtdurchlässigkeit durch Ausnehmungen an einer der Lichtquelle und dem Detektor benachbarten Außenwandung realisiert wird. Ein radialer Abstand der Ausnehmungen an der Außenwandung zu einer Achse des Spulenkörpers hin definiert dabei eine kaum einstellbare Fadenreserve mit einer weitgehend unbekannten Restfadenlänge.

Ebenfalls unter Nutzung von Ausnehmungen wird in der DE 40 31 058 C1 unter Abwandlung der zweiten Ausführungsform gemäß der US 3,845,320 ein Aufbrauchen einer Restfadenmenge anhand der Reflexion an einer Wandung mindestens einer Reservekammer überwacht. Weiter ist aus der DE 40 31 058 C1 bekannt, dass ein Füllstand in einem Hauptfach einer mit einem Steg unterteilten Fadenspule über eine opto-elektrische Einheit überwacht wird, so dass bei Feststellung einer vollständigen Entleerung des Hauptfaches automatisch ein Restfaden variabler Länge, aber abhängig vor der Spulengeometrie, zur Verfügung gestellt wird, mit dem ein Werkstück regelmäßig noch über eine bestimmte Strecke definiert zu Ende genäht werden kann. Darauf hin wird eine Nähmaschine bis zum Wechsel einer Unterfadenspule i.d.R. blockiert. Auch hier ist die zu Beginn der Spule aufgewickelte Restfadenmenge also weitgehend statisch festgelegt und neben einer Spulengeometrie im Wesentlichen nur von einer Fadendicke und Wicklungsparametern abhängig.

Unter Nutzung miteinander korrespondierender Ausnehmungen wird in der DE 41 15 520 C2 die Lehre gemäß der dritten Ausführungsform der US 3,845,320 fortentwickelt, wobei hier nun u.a. eine reflektierende Schicht in ein Spulengehäuseunterteil verlagert und Maßnahmen zur Steigerung einer Genauigkeit eines entsprechenden Restfadenwächters durch Verringerung einer Wickelbreite ergriffen werden.

Gemäß der Lehre der DE 41 16 638 A1 wird eine Drehgeschwindigkeit eines Spulenkörpers anhand von hell/dunkel-Kennungen an einer Außenwandung bestimmt und bei Überschreiten eines Grenzwertes einer Drehgeschwindigkeit auf ein nahendes Fadenende geschlossen. Eine Restfadenmenge wäre theoretisch durch die Wahl des Grenzwertes einstellbar. Vibrationen während eines normalen Betriebes einer Nähmaschine machen dieses Verfahren jedoch bereits sehr unsicher, wobei z.B. auch im Fall eines Unterfadenrisses schon aufgrund dieser Betriebsvibrationen fälschlich eine vermeintliche Drehgeschwindigkeit eines real stehenden Spulenkörpers erkannt werden kann.

Unter Nutzung einer getrennten Reservekammer wird in der DE 195 10 808 C1 ebenfalls anhand einer Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit eines Spulenkörpers auf den Beginn der Nutzung einer Fadenreserve geschlossen. Theoretisch steigt die Drehzahl eines Spulenkörpers beim Aufbrauchen eines Hauptfadens stetig an, um dann beim Übergang auf die Fadenreserve einen deutlichen Abfall der Drehzahl als auffällige Sprungstelle bzw. Unstetigkeit zu zeigen. Der schon eingangs erwähnte, sehr unkontrollierte Lauf eines Spulenkörpers einer Fadenspule macht jedoch auch dieses Verfahren in der Praxis nicht ausreichend zuverlässig. Zudem ist ein weiteres Mal eine Fadenreserve nicht einstellbar.

Aus der DE 41 16 788 C1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem auf einen Spulenkörper eine Restfadenmenge in zu der Wickelrichtung einer Hauptfadenmenge entgegengesetzter Richtung aufgespult wird. Hierdurch ist eine Restfadenmenge prinzipiell frei einstellbar, es muss jedoch eine Drehrichtung eines Spulenkörpers bzw. einer Fadenspule sicher erkannt werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sowie eine Aufspuleinheit unter Erhöhung der Zuverlässigkeit einer Restfadenüberwachung und weitgehender Flexibilisierung einer Restfadenmenge weiterzubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird demnach beim Aufspulen eines Nähfadens auf eine Fadenspule zu Anfang ein Restfaden aufgewickelt, der einem jeweiligen Anwendungsfall bzw. Applikation entsprechend für eine Fertigstellung einer vorgegebenen Anzahl von Nähten oder Näh-Stichen in seiner Länge definiert vorgegeben ist, wobei nachfolgend der Hauptteil des Nähfadens in einem separat überwachbaren Bereich des Spulenkörpers so aufgewickelt wird, dass vor Anbruch einer Restfadenmenge ein detektierbarer Bereich im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse des Spulenkörpers freigegeben und abgetastet wird. Eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Restfadenüberwachung wird dadurch erreicht, dass ein Bereich senkrecht zu einer Drehachse des Spulenkörpers einfacher zu überwachen und abzutasten ist, als dies bei einer Überwachung in einer im Wesentlichen parallel zu der Drehachse liegenden Richtung der Fall ist. Ein wesentlicher Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass in einer erfindungsgemäßen Überwachungsrichtung keine Wandungen des Spulenkörpers für eine Abtastung überwunden oder lichtdurchlässig gemacht werden müssen. Eine weitgehende Flexibilisierung einer Restfadenmenge wird dadurch erreicht, dass ein detektierbarer Bereich im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse des Spulenkörpers über ein Überwachungsfenster einstellbar ist, so dass eine Bewicklung mindestens eines Bereiches, der außerhalb eines derartigen Überwachungsfensters liegt, in beliebiger Form erfolgen kann. Damit sind Restfadenlängen in einem sehr weiten Bereich variierbar und einer jeweiligen Applikation entsprechend einstellbar.

Dieser Hauptteil des Nähfadens ist dabei nach Abschätzung des durchschnittlichen Fadenverbrauches je Nähvorgang auf eine vorbestimmte Vielzahl von Nähvorgängen ausgelegt, bevor auf den Restfaden zugegriffen werden muss. Wie der Restfaden wird auch der Hauptfaden vorzugsweise unter Verwendung eines Inkrementalgebers aufgewickelt. Damit ist erstmals die Möglichkeit einer exakten Kenntnis der Länge eines Hauptfadens und auch einer Restfadenlänge durch eine definierte Bewicklung in Abstimmung auf eine jeweilige Applikation geschaffen worden.

Bei der Bewicklung wird dabei vorzugsweise unter Verwendung eines Inkrementalgebers, der in einer Ausführungsform mit einer Garn-Umschlingung und einem Umdrehungszähler ausgebildet ist, eine Längenmessung unter Berücksichtigung von Schlupf-, Fadendehnung oder sonstigen Effekten durchgeführt, wie sie in dem Fachmann bekannter Art und Weise bei dem Bewickeln einer Fadenspule auftreten. So steht ein Restfaden für eine definierte Anzahl von Nähten oder Stichen zur Verfügung, aber auch ein Hauptfaden. Eine Schlupfreserve kann nach Erfahrungswerten unter Berücksichtigung einer endlichen Messgenauigkeit eines jeweiligen Umdrehungszählers berücksichtigt werden.

In einer Ausführungsform wird ein bekannter Spulenkörper mit einem durch eine Wandung abgetrennten Reservebereich verwendet. Die Spulenachse wird bis zu dieser Abtrennung hin beim Nähen durch eine optische schwarz/weiß-Detektionseinrichtung auf das Vorhandensein von Faden überwacht. Diese Überwachungsfunktion wird realisiert auf Basis des unterschiedlichen Absorptionsverhaltens einer emittierten Strahlung zwischen einer Absorption von bis zu 70 % der Strahlung bei Anwesenheit von Faden und einer Reflexion von circa 90 % der einfallenden Strahlung durch einen entsprechend reflektierend ausgebildeten Schaft bzw. Zylinderabschnitt der Fadenspule.

Bei im Wesentlichen gleicher Überwachungsfunktion wird in einer alternativen Ausführungsform ein universell einsetzbarer Spulenkörper ohne separate Abtrennung der Fadenreserve eingesetzt. Die Fadenreserve wird in vorstehend beschriebener Art und Weise zuerst bewickelt, wobei hier eine im Wesentlichen konisch verlaufende Bewicklung bevorzugt wird, so dass die Restfadenbewicklung von der übrigen Bewicklung der Fadenspule klar unterschieden werden kann. Der optisch arbeitende schwarz/weiß- bzw. hell/dunkel-Sensor wird durch eine geeignete Optik in seiner Strahlung und der entsprechenden Reflektion auf einen Bereich beschränkt ausgebildet, der durch den eigentlichen Hauptfaden belegt wird. Damit ist nach Aufbrauchen des Hauptfadens auf der Fadenspule dieser Bereich der Fadenspule nun blank und hoch reflektierend, und er kann damit auch unter den widrigen Betriebszuständen im Unterfadenbereich einer Nähmaschine unter starker Vibration bei Einwirkung von Staub und Öl zur Ausgabe eines entsprechenden Warnsignals und/oder zwangsweisen Maschinenstopps sicher erkannt werden, während der Bereich des Restfadens noch vollständig für eine definierte Anzahl von Nähvorgängen bis zu einem eventuellen Maschinenstopp zur Verfügung steht.

In besonders vorteilhafter Art und Weise wird ein vorstehend beschriebenes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zusammen mit einer Umdrehungsüberwachung kombiniert, bei der im Bereich der Fadenspule mindestens zwei unterschiedliche Markierungszustände vorgesehen und mit einer optischen Einrichtung derart gekoppelt sind, dass sich mit Bewegung der Fadenspule ein in der optischen Einrichtung detektierbarer Markierungswechsel ergibt, der in einer nachfolgenden Logik auswertbar ist, wobei die Markierung im Bereich der Fadenspule mehr als zwei Zustände aufweist, wobei mindestens ein Zustand durch mindestens eine Farbe oder Mischung aus Grundfarben definiert ist. Da durch mehr als zwei voneinander unterscheidbare Zustände, die über den Umfang einer Fadenspule verteilt angeordnet sind, eine klare Abfolge festgelegt ist, kann auf Basis einer Auswertung der Signalabfolge auch eine Drehrichtung sicher unterschieden werden. Zudem kann im Fall eines Fadenrisses oder eines vorzeitigen Fadenendes auch ein Stillstand einer Unterfadenspule in dem Fall sicher erkannt werden, dass durch sonstige Maschinenerschütterung die Unterfadenspule in eine unregelmäßige Zitter- bzw. Pendelbewegung übergeht.

Nach dem Stand der Technik hat bereits jede Nähmaschine einen Fadenaufwickler für einen leeren Spulenkörper, insbesondere einen Spulenkörper für einen Unterfaden. Hiermit wird die Spule jedoch ohne Kontrolle oder Vorgabe einer Fadenlänge mit Faden gefüllt. In Abweichung hiervon ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass eine Aufwickeleinheit mit einer Weiche sowie einer im Wesentlichen exakt arbeitenden Längenmessung ein Aufwickeln während des Nähvorganges bewirkt. In der vorstehend angedeuteten Art und Weise wird die Länge des auf die Fadenspule aufzuwickelnden Fadens durch einen Controller auf der Nähmaschine unter Berücksichtigung einer Vorgabe eines Anwenders in Abstimmung auf eine jeweilige Applikation vorgewählt, wobei in die Reserve und nachfolgend die Hauptspule voneinander getrennt in einem Arbeitsgang aufgewickelt werden. Eine Kontrolle der Fadenlänge erfolgt dabei über einen Inkrementalgeber derart, dass die Wicklung zuerst der Reserve nach entsprechender Vorgabe und anschließend erst die Bewicklung der großen Kammer mit dem eigentlichen Hauptfaden nach vorgegebener Länge vorgenommen wird. Zwischen diesen beiden Abschnitten erfolgt eine Umleitung des zu wickelnden Fadens durch die Weiche der Aufspuleinheit.

Vorzugsweise wird ein Oberfadenverbrauch nicht durch einen nach dem Stand der Technik gebräuchlichen Rotationsmesser gemessen, der aus einem Licht-Sensor mit einer Loch- bzw. Farbscheibe mit Umschlingung durch den geförderten Faden besteht. Vielmehr wird ein Oberfadenverbrauch durch einen Inkrementalgeber ermittelt, der die Länge des verarbeitenden Fadens zusätzlich über einen Controller an der Nähmaschine misst.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Fadenverbrauch der Unterfadenspule über einen optischen Sensor mit mehr als drei unterscheidbaren Zuständen bzw. einen Drei-Farben-Sensor unter Auswertung durch den Controller der Nähmaschine ermittelt. Hiermit lassen nun im Zusammenspiel mit dem Inkrementalgeber des Oberfadens nun der Fadenverbrauch von Oberfaden und Unterfaden und ein jeweiliges Verhältnis zueinander bei erheblich erhöhter Messgenauigkeit ermitteln. Es hat sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, dass über diese Messung die Lage eines Knotens oder einer Umschlingung von Ober- und Unterfaden in oder an einem Nähstück bzw. Nähgut ermittelt werden kann.

Bei mehr als drei voneinander unterscheidbaren Zuständen sind die vorstehenden Vorteile auch unter Verwendung eines schwarz-weiß- bzw. hell/dunkel-Sensors in der ersten optischen Einrichtung, die zur Umdrehungsüberwachung der Fadenspule dient, erreichbar. Hierbei wird bevorzugt, dass die Fadenspule nur einseitig mit einem Codemuster versehen ist. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einer zulässigen Wickelrichtung des Fadens die Fadenreserve außerhalb eines Überwachungsbereiches des hell/dunkel-Sensors liegt, der wesentlicher Bestandteil einer auf einen Abschnitt der Achse der Fadenspule gerichteten zweiten optischen Einrichtung ist.

Zudem kann auf die vorstehend beschriebene Art und Weise auch eine Fadenspannung des Oberfadens sowie des Unterfadens abgeleitet und somit überwacht werden. Eine Überwachung der Fadenspannung ist für die Qualität des Nähgutes von Bedeutung und ist zur Garantie von optisch einwandfreien Nähten insbesondere bei dünnen Stoffen wichtig, da hier bei zu hoher Fadenspannung sonst ein Kräuseln des textilen Materials auftreten kann.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung zur Verdeutlichung weiterer Vorteile und Eigenschaften unter Bezugnahme auf die Abbildungen der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1: eine perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

2: eine Draufsicht auf eine Stirnseite einer Fadenspule;

3a: eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Unterfadenspule zum Einsatz in einer Fadenüberwachungsvorrichtung;

3b: eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Unterfadenspule zum Einsatz in einer Fadenüberwachungsvorrichtung;

3c: eine Schnittdarstellung der Ausführungsform einer bewickelten Unterfadenspule von 3b bei weitgehender Entleerung in einer Fadenüberwachungsvorrichtung und

4a: eine skizzierte seitliche Ansicht einer Aufspuleinheit beim Beginn eines Bewickelns einer Fadenspule und

4b: die Ansicht der Aufspuleinheit von 4b beim Beendigen des Bewickelns der Fadenspule.

Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden einheitlich gleiche Bezeichnungen und Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet.

Nachfolgend wird ohne Beschränkung der Erfindung auf diesen Einsatzfall nur noch auf eine Kontrolle des Unterfadens beim Betrieb einer Nähmaschine eingegangen. 1 zeigt dementsprechend als Explosionsdarstellung einen Ausschnitt einer bekannten Nähmaschine 1, bei der unter einem Nähtisch 2 eine Fadenspule 3 in einem Drehgreifer 4 aufgenommen ist und mit einem Spulengehäuse 5 abgedeckt wird. Das Spulengehäuse 5 weist eine Ausnehmung 6 auf, durch die Strahlung zur Überwachung einer Drehbewegung der Fadenspule 3, wie sie durch das Abziehen eines Fadens 7 von der Fadenspule 3 hervorgerufen wird, von einer optischen Einrichtung 8 mit einer aktiven Mehrfarben-Strahlungsquelle 9 entlang einer Strahlachse S hindurch auf eine Markierung 10 einer Außenstirnseite 12 der Fadenspule 3 mit mehreren Markierungs-Zuständen gelangt. An der Außenstirnseite 12 der Fadenspule 3 wird die Strahlung reflektiert und zu einer im Bereich der aktiven Mehrfarben-Strahlungsquelle 9 in nicht weiter dargestellter Art und Weise angeordneten Detektoreinrichtung reflektiert. In kompakter Bauweise wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel als optische Einrichtung 8 ein sog. digitaler rgb-Sensor mit integrierter Optik und Ansteuer- und Auswertungselektronik verwendet. Auf die Funktionsweise wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildungen der 2 und 3a eingegangen.

In einer Einbaulage der Fadenspule 3 ist zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen ersten optischen Einrichtung 8 eine binär bzw. auf schwarz/weiß-Kontrast hin arbeitende zweite optische Einrichtung 14 vorgesehen. Diese zweite optische Einrichtung 14 ist im Wesentlichen auf eine Drehachse D der Fadenspule 3 im Betriebszustand gerichtet. Sie bildet eine Restfaden-Überwachung, da sie in bekannter Weise nur zwischen den Zuständen "Faden vorhanden" und "reflektierender Spulengrund" unterscheiden kann. Diese Unterscheidung ist auf einen Überwachungsbereich B beschränkt, der auch als Fenster bezeichnet werden kann. Auf diese Überwachung wird nachfolgend noch im Detail eingegangen werden. Für diese Überwachungsaufgabe kann neben Infrarot-Strahlung auch andere Strahlung innerhalb und außerhalb des sichtbaren Lichts verwendet werden.

3a zeigt die Fadenspule 3 in einer seitlichen Schnittdarstellung, aus der hervorgeht, dass die Fadenspule 3 im Bereich einer Außenstirnseite 12 Senk-Erodierungen 15 aufweist, in denen die Markierungen 10 durch Absenkung um einen Wert a vor mechanischer Beanspruchung durch Bremsfedern etc., die insbesondere Bestandteile des Spulengehäuses 5 sind, geschützt angeordnet sind.

2 zeigt eine Draufsicht auf die Außenstirnseite 12 der Fadenspule 3 von 3a. Anhand der 2 wird deutlich, dass die Markierungen 10 in Form von drei Kreisring-Segmenten 16 mit durch Stegen gebildeten Zwischenräumen z in den Farben grün g, rot r, und blau b konzentrisch um die Drehachse D der Fadenspule 3 angeordnet sind. Ein mittlerer Durchmesser d der Kreisring-Segmente 16 ist der Position der Ausnehmung 6 am Spulengehäuse 5 entsprechend gewählt. Damit wird durch die optische Einrichtung 8 in der einen Drehrichtung der Spule 3 eine Musterfolge der Farben grün, rot, blau, in der entgegengesetzten Drehrichtung jedoch eine Farbfolge grün, blau, rot detektiert werden. Diese Farbfolgen sind voneinander klar unterscheidbar, so dass in einer an die optische Einrichtung 8 angeschlossenen und nicht weiter dargestellten Logik beide Drehrichtungen der Fadenspule 3 voneinander klar unterscheidbar sind.

In einer in 3a nicht weiter dargestellten Art und Weise sind beide Außenstirnseiten 12 der Fadenspule 3 in gleicher Weise codiert, so dass eine derartige Fadenspule 3 universell einsetzbar ist. Zu unterscheiden ist beim Einsetzen der Fadenspule 3 lediglich hinsichtlich der Wickelrichtung des Fadens auf der Fadenspule 3. Da jedoch in der vorstehend dargelegten Art und Weise über einen Farbwechsel jede der möglichen Drehrichtungen der Fadenspule 3 erkannt werden kann, kann auch eine hinsichtlich ihrer Wickelrichtung falsch eingelegte Fadenspule 3 sofort erkannt werden. In diesem Fall würde im Sinne des Poka-Yoke-Ansatzes ein Nähvorgang unter Ausgabe einer entsprechend zielgerichteten Fehlermeldung sofort unterbrochen werden.

Im Falle eines Stillstandes der Fadenspule 3 würde dauerhaft nur eines der Farbsignale g, r, b erkannt werden. Im Fall eines Zitterns der Spule 3 würde beispielsweise nur ein Wechsel zwischen den Markierungen b und r detektiert werden. In beiden Fällen würde durch eine nachfolgende Logikschaltung eine Störung des Betriebes sofort erkannt werden.

In bekannter Weise muss beim Wiederanlauf einer Nähmaschine 1 eine sogenannte Nachlauf-Fadenmenge auf der hier dargestellten Unterfadenspule 3 erst verbraucht werden, bis sich die Unterfadenspule 3 wieder drehen kann. Es wird also zeitversetzt zu einem Nähbeginn erst eine Drehung der Fadenspule 3 durch einsetzenden Musterwechsel über die optische Einrichtung 8 detektiert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dieser Spulennachlauf dadurch berücksichtigt, dass durch einen Stichzähler in diesem Beispiel sieben Stiche ab Neustart des Nähvorganges abgewartet wird, bis ohne Detektion einer Drehung der Fadenspule 3 auf einen wahrscheinlichen Fadenriss des Unterfadens hingewiesen wird. Es wird damit erst ab der Durchführung des siebten Nähstiches eine Fehlermeldung mit Zwangsabschaltung der Nähmaschine 1 bewirkt. Ab Start eines neuen Nähvorganges oder einer Änderung der Nähbewegung ist ein Maß von ca. 5 bis etwa 19 Stiche eingerichtet, das auch ohne jede Detektion eines Drehens der Fadenspule 3 bis zur Ausgabe einer Fehlermeldung abgewartet wird. Dieses Maß wird je nach Geometrie bzw. Dicke und Materialsteifigkeit des Nähgutes und Stichlänge einer bestimmten Nahtform, um nur einige wesentliche Parameter einer Applikation zu nennen, von dem Fachmann einmal eingestellt und in einer Steuerung abgelegt.

Zur Reinhaltung der optischen Einrichtung 8 ist eine mit gesäuberter Pressluft beaufschlagte Düse 17 vorgesehen, wie in der Abbildung von 1 angedeutet. Durch die gesäuberte Pressluft wird unter Ansteuerung durch ein nicht weiter dargestelltes Magnetventil mit zugehöriger Regelschaltung ein Überdruckbereich zwischen der optischen Einrichtung 8 und der Markierung 10 auf der Außenstirnseite 12 der Fadenspule 3 geschaffen. Hierdurch sind Ablagerungen von Staub und Fadenabrieb, aber auch Niederschlag von Öl- oder Kühl- und Schmiermittel-Nebel in diesem für die optische Erkennung sensitiven Bereich weitgehend ausgeschlossen. Somit arbeitet eine derartige Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen wesentlich störungsfreier.

Eine derartige Düse 17 kann selbstverständlich auch im Bereich der zweiten optischen Einrichtung 14 eingesetzt werden. Diese zweite optische Einrichtung 14 mit binärer Entscheidung unter Auswertung eines Ausgangssignals eines schwarz/weiß-Sensors 18 auf Basis eines starken hell-/dunkel-Kontrastes dient einer Restfaden-Überwachung auf der Fadenspule 3. Diese Funktion wird nun unter Bezugnahme auf die Abbildungen der 3a bis 4b näher beschrieben:

In 3a ist an der Fadenspule 3 für eine Restfadenüberwachung weiterhin eine Aufteilung der gesamten, zum Bewickeln mit Nähfaden zur Verfügung stehenden Spulenachse 19 vorgesehen. Hierzu ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen mit der Spule 3 im Bereich der Achse 19 verbundenen und vorzugsweise einstückig ausgebildeten Kreisring 20 ein Hauptfach 21 und ein Reservefach 22 gebildet worden, wie sie in unterschiedlicher Bauform aus dem Stand der Technik bekannt sind.

Beim Bewickeln der Fadenspule 3 wird mit dem Reservefach 22 zur Unterbringung einer genau vorgegebene Fadenmenge an Reservefaden R begonnen. Daran anschließend wird das Hauptfach 21 mit Hauptfaden H bewickelt. In einer nicht weiter dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Reservefach 22 so bemessen, dass es mit Erreichen der vorbestimmten Reserve-Fadenmenge R mit dem Kreisring 20 abschließend gefüllt ist. Eine Füllhöhe h des Reservefadens R in dem Reservefach 22 entspricht dann also einer Höhe des Kreisrings 20. Anschließend wird das Hauptfach 21 bewickelt, wobei dann zur Ausnutzung einer durch die Geometrie der Fadenspule 3 gegebene Faden-Kapazität dadurch voll ausgenutzt wird, dass bis zu einer maximalen Wickelhöhe nun die gesamte zur Verfügung stehende Breite der Spulenachse 19 zum Aufwickeln von Faden 7 genutzt wird. Bei Spulenhöhen von nur ca. 15 bis 18 mm ist dieser Schritt zur Minderung einer Anzahl von Unterfaden-Spulenwechseln während eines Arbeitstages sehr vorteilhaft.

3b zeigt eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Unterfadenspule 3 zum Einsatz in einer Fadenüberwachungsvorrichtung analog der Darstellung von 3a. Hier ist eine räumliche Trennung zwischen Reservefaden R und Hauptfaden H auch ohne eine entsprechende Ausbildung der Fadenspule 3 selber rein durch die Art der Bewicklung gegeben:

Der Reservefaden R bildet zu Anfang einer Bewicklung der Fadenspule 3 eine Kegelstumpf, der nachfolgend mit dem Hauptfaden H ohne Änderung der Wickelrichtung überwickelt wird, um die Speicherkapazität der Fadenspule 3 optimal zu nutzen.

In 3c veranschaulicht eine Schnittdarstellung der Ausführungsform der bewickelten Unterfadenspule 3 von 3b eine Situation bei weitgehender Entleerung bzw. Abwicklung des Hauptfadens H. Hier ist die anfängliche Überwicklung der Reserve R vollständig aufgebraucht bzw. abgespult. Die Reserve R verbleibt als Kegelstumpf außerhalb des Überwachungsbereiches B des Sensors 18. Die Achse 19 liegt also in einem Überwachungsbereich B des Sensors 18 blank bzw. die Achse der Fadenspule 3 weist eine im Vergleich zu dem Faden 7 wesentlich höhere Reflexion auf, so dass eine Fortsetzung des Nähvorganges unter Einsatz der Reserve R erkannt wird. Die angeschlossene Logik in einer zentralen Steuerung weiß nun, dass bis zu einem zwingend erforderlichen Wechsel der Unterfadenspule 3 nur noch eine vorherbestimmte Anzahl von Stichen ausgeführt oder Nähteilen gefertig werden können.

Die Abbildungen der 3c und 3b können selbstverständlich auch in umgekehrter Reihenfolge betrachtet werden. Dann stellt diese Figurenfolge ein Verfahren zum Bewickeln einer Fadenspule 3 dar.

4a stellt in einer skizzierten seitlichen Ansicht eine Aufspuleinheit 23, die i.d.R. in einem oberen Bereich auf einer Nähmaschine vorgesehen ist, bei Beginn eines Bewickelns einer Fadenspule 3 dar. Auf die zeichnerische Darstellung einer konkreten Fadenzuführung und eines angetriebenen Halters für eine Fadenspule 3 wurde verzichtet. In dieser Vorrichtung 23 wird der Faden durch eine Weiche W aus einer Mittellage M soweit heraus abgelenkt, dass der Reservefaden R als konischer Kegelstumpf in einem Bereich aufgewickelt wird, der in einer Betriebsposition während eines Nähprozesses außerhalb des Überwachungsbereiches B des Sensors 18 liegt. Wenn also der Reservefaden R verbraucht wird, ist der Abschnitt B bereits sicher frei von Nähfaden und weist dementsprechend eine hohe Reflexion auf, die vom Sensor 18 empfangen und nachfolgend entsprechend ausgewertet wird.

4b zeigt die Ansicht der Aufspuleinheit von 4a beim Beendigen eines Bewickelns der Fadenspule 3. Es ist bei gleichbleibender Wicklungsrichtung ein nach außen hin homogener Körper unter optimaler Ausnutzung der Speicherkapazität der Fadenspule 3 hergestellt worden. Mit Verbrauch der Fadenreserve R auf der im Einsatz befindlichen Spule 3 ist auch das Bewickeln der Spule 3 nach 4b für den neuen Einsatz beendet. Ein Austausch kann bei geringem Zeitaufwand durchgeführt werden.

Durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist es möglich, genaue Fadenmengen und Restfadenmengen bzw. Fadenreserven aufzuwickeln. Zusätzlich wird über einen oder vorzugsweise zwei Inkremental-Messköpfe ein Oberfadenverbrauch erfasst. Unter Auswertung der von den optischen Einrichtungen 8 und 14 eingehenden Signale kann nun im Zuge einer Korrelation unter Einsatz entsprechender Software in einem Rechenwerk ein Verhältnis von Unterfadenverbrauch zu Oberfadenverbrauch gebildet werden. Bei einer Verarbeitung von Gurtmaterial, z.B. zur Herstellung von Sicherheitsgurten, beträgt das Verhältnis von Unterfadenverbrauch zu Oberfadenverbrauch ungefähr 3:1, wobei eine Verschlingung bzw. Knotenbildung von Unter- und Oberfaden schon aus optischen Gründen sehr nahe am Material und insbesondere auf der Seite des Unterfadens erwünscht ist. Es ist somit bei Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bereits nach sehr kurzem Einmessen einer Nähmaschine für eine Applikation eine zuverlässige Verbrauchsabschätzung und entsprechende Arbeitsplanung möglich. Je nach Aufspulvorgabe für die Fadenreserve kann dann bei Ausgehen des Nähfadens aus dem Hauptfach

• • ein begonnenes Teil noch ohne Fehler fertiggestellt werden;
• • nach Ende des laufenden Nähvorganges noch ein weitere Teil gefertigt werden, bevor die Fadenspule zu wechseln ist oder
• • nach Ende des laufenden Nähvorganges können noch x weitere Teile gefertigt werden, bevor die Fadenspule zu wechseln ist.

Ferner kann die Signalauswertung mit folgenden Zielen betrieben werden:

• • Drehrichtungserkennung der Fadenspule mit sofortiger Fehlerabschaltung;
• • Füllung der Fadenspule nach Vorgabe für Restfaden und Hauptfaden;
• • Auswertung und Abschätzung der Restmengen, die noch vollständig vernäht werden können;
• • Auswertung eines Oberfadenverbrauchs und Rückschluss auf Fadenspannungen bei Oberfaden und/oder Unterfaden

In vielen Anwendungen wird in der Praxis auch ein häufiger Farbwechsel vorgenommen. Hier besteht nun unter Einsatz eines erfindungsgemäßen Verfahrens die Möglichkeit, vergleichsweise genau nur den wirklich benötigten Fadenbedarf aufzuspulen. Eine jeweilige Restmenge auf der Fadenspule kann so sehr gering gehalten werden, so dass für Spulzeit, Faden und Restfadenabfall Kosten eingespart werden können.

In jedem Fall wird im Rahmen dieser Erfindung bevorzugt, dass diese gesamte Steuerung in einer gesonderten Einheit ausgeführt wird, die eine Steuerung der Nähmaschine ergänzt. Bei Nähende, also bei Verbrauch des Fadens in der Fadenspule unter zugelassener Nutzung der Fadenreserve, wird die Nähmaschine erst nach Wechsel der Fadenspule wieder für einen weiteren Produktionsstart freigegeben.

1

Nähmaschine

2

Nähtisch

3

Fadenspule

4

Drehgreifer

5

Spulengehäuse bzw. Spulenabdeckung

6

Ausnehmung

7

Faden

8

optische Einrichtung

9

aktive Mehrfarben-Strahlungsquelle

10

Markierung

11

12

Außenstirnseite

13

14

zweite optische Einrichtung

15

Senk-Erodierung

16

Kreisring-Segment

17

Düse

18

schwarz/weiß-Sensor

19

Spulenachse

20

Kreisring

21

Hauptfach

22

Reservefach

23

Aufspuleinheit

g

Farbe grün

r

Farbe rot

b

Farbe blau

D

Drehachse

S

Strahlengang

a

Erodierungstiefe

d

mittlerer Durchmesser von 16

z

Zwischenräumen

h

Füllhöhe des Reservefachs 22

B

Überwachungsbereich auf der Spulenachse 19

H

Hauptfaden

R

Reservefaden/Restfaden/Restfadenmenge

M

Mittellage

W

Weiche