DE2918394A1

DE2918394A1 - Naehmaschine mit gehaeuse und kardangetriebe

Info

Publication number: DE2918394A1
Application number: DE19792918394
Authority: DE
Inventors: Chandrakant Bhatia
Original assignee: Union Special Corp
Current assignee: Union Special Corp
Priority date: 1978-05-09
Filing date: 1979-05-08
Publication date: 1979-11-15
Also published as: FR2434227A1; JPS54148648A; IT7967969A0; CA1110118A; DE2918394C2; IT1118611B; GB2020323A; GB2020323B

Description

□ R.-ING. O1PL.-ING. M. SC. Dl"l .-P"YS. DR. OIPL.-PHYS. DIPC-PHYS. DH.

HÖQER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER BOEHMF

PATENTANWALT t IN SI U T FGAflT 29 1 8 3 3 A

A 43 330 m Anmelder: Union Special Corporation

m — 168 400 North Franklin Street

20. April 1979 Chicago, Illinois 6O61O

. U.S.A.

Beschreibung

Nähmaschine mit Gehäuse und Kardangetriebe

Die Erfindung betrifft eine Nähmaschine mit Gehäuse und Kardangetriebe zur Umwandlung der Drehbewegung einer freitragend gelagerten Antriebswelle in eine geradlinige Bewegung eines Werkzeuges, insbesondere einer Nadel.

Bei einer solchen Maschine besteht der Kern der Erfindung in einem Kardangetriebe, welches ein Ritzelgetriebe derart freitragend trägt, daß ein mit dem Ritzelgetriebe verbundenes Werkzeug entlang seiner Hauptachse hin- und herbewegbar ist. Das Ritzelgetriebe wird mit Bezug auf Lastvektoren und allgemein bezüglich Drehmomenten ausgewuchtet. Die Hauptantriebswelle des Kardangetriebes wird sowohl mit Bezug auf Lastvektoren als auch Momente ausgewuchtet.

Die Erfindung hat es des weiteren mit einem Verfahren zum Auswuchten eines Kardangetriebes bei einer gattungsgemäßen Nähmaschine zu tun. Dabei werden insbesondere bestimmte Elemente des Kardangetriebes in Gruppen zusammengefaßt und kräftemäßig ausgewuchtet.

Es ist in erster Linie Aufgabe der Erfindung, eine Nähmaschine der eingangs angegebenen Art vorzuschlagen, deren Kardangetriebe in einfacher Weise ausgewuchtet ist. Dabei soll auch ein Verfahren angegeben werden, mit dessen Hilfe diese

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Auswuchtung vollzogen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe umfaßt das Kardangetriebe einer gattungsgemäßen Nähmaschine folgende Merkmale: ein Hauptlager für die Antriebswelle; ein in Lagern auf der Antriebswelle gelagertes Ritzelgetriebe mit freitragender Ritzelwelle und einem mit einem ortsfesten Innenzahnkranz kämmenden, an der Ritzelwelle drehfest gehaltenen Ritzel;

kraftübertragende Verbindungsmittel zwischen Ritzelwelle und Werkzeug;

erste Auswuchtmittel zur übertragung von Kräften auf die Ritzelwelle derart, daß der Massenmittelpunkt aller von den Lagern abgestützten Getriebeteile auf der Mittellinie der Ritzelwelle liegt, und

zweite Auswuchtmittel zur übertragung von Kräften auf die Antriebswelle derart, daß das Hauptlager im wesentlichen frei von Momenten- und Lastvektoren ist.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Auswuchten eines Kardangetriebes der vorgenannten Art zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus:

die Lager und die in ihnen gelagerte Ritzelwelle mit sämtlichen daran befestigten Teilen einerseits und das Kardangetriebe andererseits werden als voneinander unabhängig auszuwuchtende Einheiten behandelt;

die Ritzelwelle und sämtliche daran befestigten Teile werden derart ausgewuchtet, daß die Lager der Ritzelwelle einem Moment und einem im wesentlichen gleich Null betragenden Lastvektor unterworfen sind;

die Lager und die Ritzelwelle mit sämtlichen daran befestigten Teilen werden relativ zum Kardangetriebe in Stellung

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gebracht;

die Antriebswelle des Kardangetriebes wird in Umlauf versetzt und der auf das Hauptlager einwirkende, konstante Last- und Momentenvektor wird bestimmt und an der Antriebswelle wird wenigstens eine Auswuchtmasse derart befestigt, daß das Hauptlager im wesentlichen einem Null betragenden Lastvektor und einem Moment gleich Null unterworfen ist.

Zahlreiche, bei hohen Geschwindigkeiten hin- und hergehende . Maschinen , beispielsweise Industrienähmaschinen, Kompressoren, Fahrzeugmotoren, kraftgetriebene Werkzeuge u. dgl. weisen Mechanismen zur Übersetzung einer drehenden Eingangs- in eine linear hin- und hergehende Ausgangsbewegung auf. So haben beispielsweise viele Industrienähmaschinen auf dem Gleitkurbelprinzip basierende Einrichtungen , mit deren Hilfe die Drehbewegung einer Welle in eine linear hin- und hergehende Bewegung umgewandelt wird, um eine Nadelstange synchron mit anderen Mechanismen der Maschine auf- und abzubewegen. Die bekannten Gleitkurbelmechanismen besitzen bei hohen Kurbelgeschwindigkeiten große unausgewuchtete Trägheitskräfte und Momente. Dies führt zu extrem starken Vibrationen, zu erheblichem Geräusch und starker Abnutzung des Kurbelmechanismus und zugeordneter Teile. Daneben ist aufgrund praktischer Beschränkungen der Größe der Gleitkurbel der lineare Ausgang eines solchen hin- und hergehenden Mechanismus nicht harmonisch, was zu einer Reihe von Nachteilen bei der zeitlichen Abstimmung der Nadelstangenbewegung mit anderen fadentragenden Mechanismen führen kann, und zwar insbesondere bei Kettenstichmaschinen, bei denen eine streng harmonische Bewegung angestrebt wird. Die starken Vibrationen und Stöße des Gleitkurbelmechanismus er-

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fordert schließlich schwere Gußmassen von erheblicher Steifheit , um zu einer Dämpfung der Vibrationen bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten beizutragen.

Andere bekannte Einrichtungen zur Erzielung einer ausgewuchteten, harmonischen, Drehbewegung hoher Geschwindigkeit und deren Umwandlung in eine linear hin- und hergehende Bewegung umfassen kurbelgetriebene Schwinghebel und Schwingwellen. Diese Einrichtungen bestehen jedoch aus Mischsystemen mit Gelenken, Treibriemen und Verbindungsgestängen, die seit langem eine Quelle starker Geräusche, Vibrationen, Abnutzungen und eines Überhubs in diesen Mechanismen bilden. Außerdem wurden in der Absicht, eine Verbiegung des Hebels oder der Schwingwelle minimal zu halten, der Größe dieser Teile Beschränkungen auferlegt, was wiederum zu einer Beschränkung der Gesamtlänge der Maschine führte. Wegen des Vorhandenseins einer Hauptantriebswelle anstatt einer Drehwelle sind zusätzliche Antriebe am vorderen Ende der Maschine erforderlich, die durch sehr lange Gegenwellen angetrieben werden müssen, die sich über die ganze Länge der Maschine hinweg erstrecken.

Epizyklische Einrichtungen mit Innenzahnkränzen, insbesondere Kardangetriebe sind ebenfalls an sich als Mittel bekannt, um eine Dreh- in eine lineare, harmonische Bewegung umzuwandeln. Es wurden bereits mehrere Versuche unternommen, um Kardangetriebe in Nähmaschinen zu integrieren, vgl. beispielsweise DE-PS 750 196, US-PS 2 667 135 und US-PS 3 318 274. Die praktische Anwendung dieser Vorrichtungen war jedoch durch die Unmöglichkeit beschränkt, die während des Betriebs entstehenden Lastvektoren und Momente auszuwuchten, so daß sich unerwünschte Effekte bezüglich Lebensdauer, Geräusch und Vibration des Mechanismus ergaben.

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Das Auswuchten von Lastvektoren und Momenten bei Kardangetrieben in Nähmaschinen ist deshalb besonders schwierig, weil räumliche und andere Arbeitsbeschränkungen es erforderlich machen, daß der Antrieb freitragend von einem Hauptlager ausgeht und also nicht an beiden Enden abgestützt werden kann. Die Unmöglichkeit, diese Lastvektoren zu beseitigen oder auszuwuchten, resultiert in ziemlich starken Beanspruchungen der verschiedenen, in der Vorrichtung verwendeten Lager. Dies gilt insbesondere für diejenige Lagergarnitur des Kardangetriebes , welche der Lagerung der mit dem Werkzeug verbundenen Welle dient und mit der doppelten Geschwindigkeit gegenüber derjenigen Geschwindigkeit umläuft, mit der sich die Hauptlagergarnitur der Kardanantriebswelle dreht. Somit rotiert in einer Nähmaschine mit Kardangetriebe, die bei 8000 ü/Min arbeitet, die oben erwähnte Lagergarnitur mit 16 000 U/Min.

Diese Probleme wurden bereits in der vorgenannten US-PS 3 318 274 erkannt, in welcher Auswuchtgewichte für zwei Kraftvektoren Anwendung finden. Das einfache Zufügen von Auswuchtmitteln zu dem System reicht jedoch nicht aus, um befriedigende Resultate zu erzielen. Bisher führte der Versuch, Kraftvektoren im System auszuwuchten und zum Verschwinden zu bringen, dazu, daß diese Vektoren zu einer anderen Stelle hin verschoben wurden und/oder an besonderen Punkten unerwünschte Momente gebildet wurden. Es ist in der Lagerindustrie bekannt, daß es günstig ist, ein Lager der kleinsten, konstanten Radialbelastung zu unterwerfen. Eine andere, akzeptable Technik besteht darin, das Lager einer konstanten Last zu unterwerfen, so daß eine Welle oder ein anderes, in kontinuierlich stationärer Weise sich bewegendes Teil von einem Element des Lagers zum nächsten im allgemeinen jeweils die gleiche

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Kraft auf jedes Element ausübt. Dies bedeutet in einer stationären, schrittweisen Bewegung von einer Reihe von Rollen etc. kein zufälliges oder willkürliches Springen oder Ausüben verschiedener Lasten auf verschiedene Elemente. Ein willkürliches Springen ist die am wenigsten erwünschte Situation, da das Lager periodisch Kraftvektoren aus verschiedenen Winkeln und von verschiedenen Größen unterworfen wird, was die Elemente veranlaßt, aneinander anzuprallen. Das Ergebnis schlägt sich in Geräusch, Vibrationen und kurzer Lebensdauer nieder. Derartige Verhältnisse sind im Hinblick auf Nähmaschinengeschwindigkeiten und die hieran gestellten Anforderungen unerträglich.

Das Problem, zu einer ordnungsgemäßen Auswuchtung und einer konstanten Radialbelastung zu gelangen, wird noch offensichtlicher, wenn die freitragende Anordnung des Kardansystems in Betracht gezogen wird. Grundsätzlich wird ein Werkzeug über einen hin- und hergehenden Zyklus am Ende einer ersten freitragenden Welle angetrieben. Die erste Welle rotiert selbst um ihre eigene Hauptachse oder Mittellinie. Daneben werden sowohl das Werkzeug und die erste Welle von einer zweiten, freitragenden Welle getragen und um deren Hauptachse oder Mittellinie herum in Rotation versetzt mit dem Ergebnis, daß die zweite Welle eine Drehbewegung in das System induziert, die zu der hin- und hergehenden Bewegung des Werkzeuges führt. Somit unterliegen die Lagergarnitüren beider Wellen, falls keine Auswuchtung stattfindet, sowohl Dreh- als auch hin- und hergehenden Kräften sowie Momenten. Die Momenten- und Kraftvektoren aus verschiedenen Winkeln und von verschiedener Größe würden das System ohne Auswuchtung unbrauchbar machen. Es sei noch einmal betont, daß diese Probleme weitgehend auf die freitragende Anordnung des Kardangetriebes zurückgehen.

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Eine Auswuchtung des Moments und der Kräfte würde einfacher sein, wenn die Ritzelwelle an jedem Ende abgestützt und das Werkzeug dazwischen angeordnet wäre. Dasselbe gilt für die oben erwähnte zweite Welle. Wenn die erste und zweite Welle an ihren beiden Enden abgestützt wären, dann könnten sowohl die Momenten- als auch die Kraftvektoren ausgewuchtet werden. Die Größe, die Anzahl der Teile, etc. jedoch, die bei einer solchen nicht freitragenden Anordnung erforderlich wären, würde sie für den Einbau in eine Nähmaschine unbrauchbar machen. Bei dem freitragenden System gemäß der Erfindung ist es möglich, die Kraftvektoren, denen die oben erwähnten, mit doppelter Geschwindigkeit umlaufenden Lagergarnituren unterworfen sind, auszuwuchten und weiterhin sowohl die Kraftvektoren und das Moment, dem das Hauptlager unterworfen ist, ebenfalls auszuwuchten. Aus verschiedenen Gründen wird das auf die mit doppelter Geschwindigkeit umlaufenden Lagergarnituren einwirkende Moment nicht ausgewuchtet. Das Hauptgegengewicht ist jedoch so gestaltet, besitzt eine solche Masse und ist an einer solchen Stelle plaziert, daß es das auf die mit doppelter Geschwindigkeit rotierenden Lagergarnituren einwirkende Moment zum Verschwinden bringt, welches sonst auf das Hauptlager übertragen würde. Das Ergebnis hiervon besteht darin, daß das Hauptlager sowohl bezüglich des Moments als auch bezüglich Lastkräften ausgewuchtet ist.

Dementsprechend bestehen die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung in folgendem: Es wird ein als Baustein ausgebildeter Kardanantrieb vorgeschlagen, der es ermöglicht, eine Drehbewegung in eine hin- und hergehende, schraubenförmige, elliptische und schraubenförmig-elliptische Bewegung umzuwandeln. Eine standardisierte, als Baustein ausgebildete Kardangetriebeeinheit gemäß der Erfindung kann in ein Näh-

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maschinengestell eingesetzt werden und wahlweise folgende Funktionen ausüben: den Nadelantrieb, den Antrieb von Greifern, usw. Eine solche Einheit, welche erfindungsgemäß ausgewuchtet ist, eliminiert übermäßiges Geräusch und Vibrationen und ermöglicht höhere Arbeitsgeschwindigkeiten. Ein ausgewuchteter Kardangetriebebaustein gemäß der Erfindung ermöglicht die Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine gradlinige Bewegung. Ein ausgewuchtetes, freitragend angeordnetes Kardangetriebe gemäß der Erfindung, welches gegenüber der Hauptantriebswelle mit doppelter Geschwindigkeit umlaufende Lagergarnituren aufweist, unterliegt keinen unregelmäßigen Lastvektoren. Erfindungsgemäß wird eine Kardangetriebeeinheit zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Lissajous-Bewegung vorgeschlagen, bei welcher eine freitragend angeordnete, mit doppelter Geschwindigkeit wie die Hauptantriebswelle rotierende Lagergarnitur im Betrieb einem konstanten Lastvektor unterworfen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Kardanantrieb werden die einzelnen Elemente selektiv gruppiert, möglichst kleingehalten und anschließend ausgewuchtet. Bei dem erfindungsgemäßen Kardanmechanismus werden der konstante Lastvektor und das Moment, die von einer Ritzelwelle und damit verbundenen Zubehörteilen auf die Hauptlagergarnitur der Hauptantriebswelle ausgeübt werden, durch Auswuchtmittel ausgeglichen. Bei dem erfindungsgemäßen Kardangetriebe werden alle Teile, die in dem mit doppelter Geschwindigkeit umlaufenden Lager abgestützt sind, bezüglich der Mittellinie der Ritzelwelle ausgewuchtet; anschließend werden alle Teile, die von der Hauptantriebswelle getragen werden, bezüglich einer Linie ausgewuchtet, die durch den Mittelpunkt der Hauptantriebswelle verläuft. Ein erfindungsgemäßer Nähmaschinenantrieb weist eine merkliche Reduzierung der Vibrationen und der Geräusche, die von der Nadelstange

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hervorgerufen werden, auf. Somit kann das Gewicht der Maschinengußteile beträchtlich reduziert werden.

Erfindungsgemäß werden bestimmte Elemente eines Kardangetriebes mit Zubehörteilen zum Zwecke des Auswuchtens in Gruppen zusammengefaßt. Zunächst wird das mit der doppelten Geschwindigkeit umlaufende Lager bezüglich der gesamten Kardangetriebeanordnung als unabhängige Einheit behandelt. Dies bedeutet, daß das Ritzel, die Nadelstange, die Getriebeanordnung etc. sämtlich in der Weise ausgewuchtet werden, daß das mit doppelter Geschwindigkeit umlaufende Lager nur sehr minimalen Belastungsvektoren unterworfen ist, wenn die Ritzelwelle unabhängig von der Kardangetriebeanordnung rotiert. In der Praxis wird die Masse der betreffenden Werkzeugteile mit Zubehörelementen durch ein Gegengewicht ausbalanciert. Das Gegengewicht selbst ist so angeordnet, daß es trotz einer kleineren Gesamtmasse als die von ihm ausgewuchteten Teile immer noch ausreicht, um die Ritzelwelle und die damit verbundenen Teile auszuwuchten. Obwohl das mit doppelter Geschwindigkeit umlaufende Lager keinem Lastvektor unterworfen ist, unterliegt es offensichtlich einem auf dem Zentrifugaleffekt beruhenden, konstanten.Lastvektor, sobald das Ritzelgetriebe durch die Hauptantriebswelle in Umlauf versetzt wird. Wegen der besonderen Konstruktion der von den mit doppelter Geschwindigkeit rotierenden Lagern abgestützten Teile ist dieser Lastvektor minimal gehalten, so daß die Lebensdauer der Lager und der in ihnen abgestützten Teile befriedigend lang ist. Wegen der freitragenden Anordnung des Systems ist jedoch das auf die mit doppelter Geschwindigkeit umlaufenden Lager einwirkende Moment nicht ausgewuchtet. Wenn es nicht ausgewuchtet ist, würde es letztendlich unerwünschte Einflüsse auf das Hauptlager hervorrufen.

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Unter Anwendung einer mathematischen Analyse ist es anschließend möglich, den konstanten Lastvektor und das Moment zu bestimmen, welche die mit doppelter Geschwindigkeit rotierende Lageranordnung auf das Hauptlager übertragen würde. Daher ist es durch entsprechende Auswahl und Positionierung von Auswucht- oder Gegengewichtsmitteln möglich, den Lastvektor und das Moment zu reduzieren, denen das Hauptlager unterworfen ist. Jedes Lager wird gegenüber dem andern ausgewuchtet, bis ein Optimum erreicht ist.

Zusammenfassend ist festzustellen: Das freitragende System eines kardangetriebeähnlichen Mechanismus muß zunächst so betrachtet werden, als enthalte es zwei getrennte Systeme. Das erste System schließt alle diejenigen Elemente ein, die von den mit doppelter Geschwindigkeit umlaufenden Lagern abgestützt sind und wird zuerst ausgewuchtet. Dabei werden das Moment und der konstante Lastvektor bestimmt. Das zweite System umfaßt alle Elemente, die durch das Hauptlager abgestützt sind und ist auswuchtbar, weil seine Kenndaten, das Moment und der konstante Lastvektor der mit doppelter Geschwindigkeit rotierenden Lagermittel bestimmbar sind.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht des vorderen Teils des überhängenden Armes einer Nähmaschine;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

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Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Kardangetriebes mit zugehörigen Teilen;

Fig. 4 eine schaubildliche, auseinandergezogene Ansicht eines mit doppelter Geschwindigkeit rotierenden Lagers und darin abgestützter Teile und

Fig. 5 eine schematische Ansicht ähnlich Fig. 2 mit einer Darstellung der verschiedenen Faktoren, welche während eines Arbeitszyklus auf das System einwirken.

Die in Fig. 1 dargestellte Industrienähmaschine weist ein Maschinengestell mit einem überhängenden Arm 10 auf, der in einem Kopfteil 12 endigt. Unterhalb des überhängenden Armes befindet sich ein (nicht dargestelltes) Untergestell. Innerhalb des Armes 10 erstreckt sich längsweise eine Hauptantriebswelle 14, die über eine (nicht dargestellte) an ihrer rechten Seite angeordnete Riemenscheibe mit Handrad in an sich bekannter Weise angetrieben wird. Die Antriebswelle ist in einem Hauptlager 16 drehbar gelagert, welches nahe dem linken Ende des überhängenden Armes 10 angeordnet ist.

Mit dem linken Endabschnitt 18 der Antriebswelle 14 ist freitragend ein als Baustein ausgebildetes Kardangetriebe 20 verbunden, welches zunächst bezüglich seiner Komponenten und deren Zusammenwirken beschrieben wird. Anschließend wird das Verfahren zur Auswuchtung des Systems erläutert.

Das Kardangetriebe 20 umfaßt einen als Verlängerung der Welle 14 ausgebildeten Gestellteil 18, der freitragend vom Hauptlager 16 abgestützt ist. Wie dargestellt, besitzt der Gestellteil 18 eine solche Gestalt, daß er ein in Fig. 3 und

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im einzelnen dargestelltes Ritzelgetriebe 17 aufnehmen kann. Der Gestellteil 18 weist einen horizontal verlaufenden Hohlraum 28 und einen Ausschnitt 30 auf. Der Ausschnitt 30 ermöglicht den Eingriff eines Ritzels 22 in einen Innenzahnkranz 24, der ortsfest im Kopfteil 12 der Nähmaschine gelagert ist. Der Hohlraum 2 8 trägt mit doppelter Geschwindigkeit wie die Antriebswelle 14 umlaufende Lagermittel, welche aus zwei Lagern 32 und 34 bestehen. In diesen Lagern ist eine Ritzelwelle 36 drehbar gelagert. Das Ritzel 22 ist durch eine Stellschraube 3 8 drehfest mit der Welle 36 verbunden. Am linken Ende 40 der Ritzelwelle 36 ist ein Verbindungsarm 44 befestigt, der eine Verbindung zu dem allgemein mit 42 bezeichneten Werkzeug derart herstellt, daß insgesamt ein freitragendes System geschaffen ist. Der Verbindungsarm 44 dient weiterhin dazu, an der Ritzelwelle 36 eine Gegengewichtsmasse 46 zu befestigen, die eine Kraft auf.die Welle 36 ausübt, so daß im Falle vollkommener Auswuchtung der auf die Lager 32, 34 einwirkende Lastvektor gleich Null ist. Die als Gegengewicht ausgebildete Masse 46 ist durch einen Stift 48 am Arm 44 gehalten. Der Verbindungsarm 44 weist weiterhin einen Gewindeabschnitt 50 auf, auf dem eine Spannschloßmutter 52 sitzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Verbindungsarm 44 durch eine öffnung 51 der Ritzelwelle 36 hindurchgesteckt, wonach die Mutter 52 die einzelnen Teile in vorbestimmter Lage zusammenspannt. Der Hebelarm 44 ist in seinem oberen Teil mit einer öffnung 54 versehen. In dieser öffnung ist mit Hilfe eines Schnapprings 26 ein Lager 56 fest positioniert.

Bei dem Werkzeug 42 handelt es sich bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um eine hin- und hergehende Nadelstange, die durch zwei Lager 60 und 62 geführt ist. Die

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Nadelstange ist mit dem Bezugszeichen 58 bezeichnet. Die Lager 62 und 60 sind ihrerseits im Kopf des Maschinengestells befestigt. Ein durch eine Bügelklemme gehaltener Ausgangszapfen 6 4 besitzt einen gewissen Grad an Freiheit, um eine nicht ganz korrekte Ausrichtung zu kompensieren und dennoch Kräfte zwischen der Nadelstange 58 und dem Verbindungsarm 44 zu übertragen. Wenn (vgl. Fig. 2) der auf dem Arm 44 liegende Ausgangsmittelpunkt 147 des Kardangetriebes auf dem Rollkreisdurchmesser des Innenzahnkranzes 24 liegt, erfolgt die Ausgangsbewegung des Getriebes bekanntlich auf einer geradlinigen Bahn. Insoweit ist eine weitere Erläuterung nicht erforderlich.

Die Lagerstellen des Kardangetriebes, nämlich das Hauptlager 16, die Lager 32 und 34 sowie das Lager 56 sind mit einem öl- oder Schmiersystem verbunden. Das öl tritt über einen Kanal 68 unter Druck ein und verteilt sich von da über Hilfskanäle zu den einzelnen Lagerstellen. Das Lager 32 erhält öl über einen Kanal 70, das Hauptlager 16 über Kanäle 72vnd 74, das Lager 34 über den Kanal 72 und einen Kanal 76, und das Lager 56 über den Kanal 72 und einen weiteren Kanal 78. Den Kanälen kann eine ölpumpanlage zugeordnet sein, wie sie bei Industrienähmaschinen an sich bekannt ist.

Die Ritzelwelle 36 ist durch eine Druckscheibe 80 am Platz gehalten. Der Außenring 82 des Lagers 32 liegen dabei an der einen Seite und der Gestellteil 18 an der anderen Seite der Druckscheibe 80 an und halten diese fest. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Druckscheibe aus einem Material, welches von der Firma DuPont Corporation unter dem Handelsnamen "Vespel" hergestellt und vertrieben wird. Die Druckscheibe 80 vermittelt eine im wesentlichen rei-

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bungsfreie Abstützfläche für das Ritzel 22, so daß die Ritzelwelle 36 und die mit ihr verbundenen Teile mit Bezug auf die Gestellanordnung fixiert sind.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist das Ritzelgetriebe 17 teleskopartig im Gestellteil 18 der Antriebswelle 14 gelagert. Dies führt zu einem kleinen Durchmesser der gegenüber der Antriebswelle 14 mit doppelter Geschwindigkeit rotierenden Lager 32, 34, so daß die Umfangsgeschwindigkeit zwischen der Welle 36 und diesen Lagern minimal gehalten ist. Außerdem ist der Zapfen 64 in das Lager 56 am Verbindungsarm 44 so eingeführt, daß der Abstand oder der Momentenarm zwischen Nadelstange und Verbindungsarm 44 weitgehend reduziert ist. Auf diese Weise wird auch das den Lagern 32, 34 und 16 auferlegte Moment minimal gehalten. Der Zapfen 64 umfaßt ein Paßteil 65, welches vom Lager 56 festgehalten und geführt wird. Dieses" Paßteil besitzt einen Krümmungsradius von etwa 1 m, wodurch eine nicht ganz korrekte Ausfluchtung kompensiert wird. DCtS" Paßteil 65 ist auf diese Weise etwas tonnenförmig ausgebildet und kann sich innerhalb bestimmter Grenzen frei innerhalb des Lagers 56 von selbst einstellen.

Die beschriebene Einheit wird derart ausgewuchtet, daß die als Gegengewicht dienende Masse 46 minimal ist. Wesentlich im Zusammenhang mit der Erfindung ist der Auswuchtvorgang und die hierzu gemachten Annahmen. Das Ritzelgetriebe 17 und die Nadelstange 58 werden zunächst unabhängig von den übrigen Teilen des Antriebs ausgewuchtet. Im Gegensatz zu herkömmlicher übung wird das Ritzelgetriebe als in stationären Lagern gelagert angenommen. Unter dieser Annahme werden das Ritzelgetriebe und die Nadelstange (mit daran befestigter Nadel) statisch derart ausgewuchtet, daß die Lastvektoren um

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die Mittellinie 41 der Ritzelwelle 36 in der durch den Ausgangsmittelpunkt 147 (vgl. Fig. 2) gehenden XY-Ebene minimal sind.

Diese Auswuchtung erfordert die Verwendung der als Gegengewicht dienenden Masse 46. Die Größe des Gegengewichts hängt von seinem Abstand (oder Radius) von der Mittellinie 41 ab. Durch Vergrößerung dieses Abstandes läßt sich die erforderliche Gegengewichtsmasse reduzieren, wodurch die Belastung der Lager 32, 34 minimal gehalten wird. Nachdem die geeigneten Annahmen gemacht und die entsprechenden Verhältnisse für die Auswuchtung der Anordnung geschaffen sind, liegen die weiteren mathematischen und mechanischen Techniken im Können des Durchschnittsfachmanns.

Anschließend an diese unabhängig erfolgende Auswuchtung des Ritzelgetriebes 17 wird dieses in die Antriebswelle 14 eingesetzt, in welcher es um die Mittellinie 43 dieser Welle umläuft. Unter diesen Umständen teilt die Ritzelwelle, welche um ihre eigene Mittellinie 41 und um die Mittellinie 43 der Antriebswelle 14 umläuft, den Lagern 32, 34 zwei Kräfte mit. Bei diesen Kräften handelt es sich um die Zentrifugalkraft, die sich aus der Rotation des Ritzelgetriebes ergibt, und um das Moment oder Kräftepaar, welches auf die Welle 36 in der XZ-Ebene einwirkt. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, verläuft die X-Achse entlang der Hauptachse und die Z-Achse senkrecht hierzu. Dieses Moment wirkt in entgegengesetzten Richtungen auf die Lager 32 und 34. Es wurde gefunden, daß diese Kräfte aufgrund der vorliegenden Konstruktion Keine unzulässige Belastung auf die Lager 32, 34 ausüben. Selbst bei hohen Geschwindigkeiten sind diese Kräfte allgemein konstant und ermöglichen es, daß die Ritzelwelle 36 ruhig von einem Element

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der Lager 32, 34 zum anderen rollt. Dies bedeutet, daß den Lagern 32, 34 von der Ritzelwelle 36 eine konstante Belastung auferlegt wird.

Nachdem das Ritzelgetriebe 17 intern ausgewuchtet ist, wird die Gesamtanordnung in der XY-Ebene, welche durch den Punkt 15 des Hauptlagers 16 in der XZ-Ebene verläuft, ausgewuchtet. Dieser Auswuchtvorgang erfordert es, daß Lastvektoren und Momente, die sich aus der Zentrifugalkraft ergeben, derart ausgeglichen werden, daß ihre Summe um den Punkt 15 Null ist.

Bei diesem Vorgang müssen die Kräfte, welche über die Lager 32, 34 einwirken, bestimmt werden. Eine erste radiale Kraft F, die von der Nadelstange 58, dem linken Ende der Ritzelwelle 36 und der Gegengewichtsmasse 46 herrührt, kann durch den folgenden Satz von Gleichungen bestimmt werden.

In diesen Gleichungen bedeuten: M_R die Masse des Werkzeugs, d.h. im wesentlichen die Masse der Nadelstange 58; M^ die Masse der mit der Ritzelwelle verbundenen Auswuchtmittel; R den Abstand einer durch die Mitte des Hauptlagers 16 verlaufenden Linie von einer durch die Mitte der Lager 32 und 34 verlaufenden Linie, nämlich den "Kurbelradius"; W die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 14, d.h. diejenige Geschwindigkeit, mit welcher die Antriebswelle rotiert; © den Kurbelwinkel, welcher gemäß Fig. 5 der Winkel zwischen einer Linie ist, die die Mittelpunktslinien der Ritzelwelle und der Antriebswelle verbindet und einer Geraden, die parallel zu der Linie verläuft, die von der Nadelstange durchlaufen wird. F ist die durch die Masse der Elemente in der Nähe des Vorderendes der Kurbel ausgeübte Belastung.Dieser

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Wert schließt nicht den Massenbeitrag beispielsweise des Ritzels oder des Lagerteils der Lagergarnituren ein. Dies liegt daran, daß die Masse dieser Elemente symmetrisch zur Mitte der Ritzelwelle verteilt ist. L_A und L sind die Radien, an welchen die Nadelstange 58 und die Gegengewichtsmasse 46 befestigt sind. Die Kraft F der Gegengewichtsmasse bewegt sich elliptisch und hat somit Kraftkomponenten in X- und Y-Richtung. Die Kraft F_n verläuft aufgrund der Masse der Nadelstange 58 und dem freitragenden Abschnitt der Welle 36 auf einer geradlinigen Bahn entlang der X-Achse, wie in Fig. 5 dargestellt.

Wenn M_c φ M₃ und L_c φ L_ß, dann gilt: M_C(L_C) = M_B(L_ß).

Daher ist:

L_c > R

^R * i

B -^

1 <M

Lq)M₈W² cos-e₊(R-L_c) M_cW²cosO

= (Mq₄. M₀)RW² cos-Θ-^FY ={^R- ^lb)M_bW²sinO+(R₊L_c)M_cW²sin ^RMQ-LQMQ₊RM_{0 +} L₀M₀)W²SIn -Θ- = (M_B+ M₀) RW² sin -Θ-

x + ^ry ■

HM₀)RW²

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_ O *5 —

4U J

Aus dieser Gleichung ergibt sich die volle Bedeutung der Verringerung der Belastungen, welche den Lagern 32 und dadurch auferlegt werden, daß man die Gegengewichtsmasse 46 reduziert.

m_c <m

2M_ßRW

>(M_B+M_C)RW

Wird das Reduktionsverhältnis in der Belastung, welche durch die Nadelstange 58 und den freitragenden Abschnitt der Ritzelwelle 36 auf die Lager 32, 34 ausgeübt wird, zu einem Gegengewicht, in welchem M = NL:

(M

2M_nRW'
rs

1/2 +

2M.

Das Maximum der Hälfte der vollen Last wird erreicht, wenn M = O. Wenn M = M^ ergibt sich offensichtlich keine Reduktion der vollen Last.

Neben der Bestimmung der auf das Werkzeug und den Verbindungsarm 44 zurückgehenden Kraft wird die Kraft bestimmt, die

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auf die Masse der übrigen Welle 36 zurückgeht. Anschließend wird die Verteilung dieser beiden Kräfte auf die Lager 32, 34 bestimmt. Schließlich werden die Lastvektoren, die sich aus der Masse des Gestellteils 18 ergeben, bestimmt. Mit diesen Bestimmungen können nun sowohl die Lastvektoren als auch die Momente aufsummiert werden, welche über den Schwerpunkt der betreffenden Elemente um den Punkt 15 wirken. Hierauf werden Gegengewichte 86 und 88 an solchen Stellen angebracht, daß die Summe der Lastvektoren und Momente um den Punkt 15 Null ist.

Es ist zu beachten, daß dieses Auswuchtverfahren für ein Kardangetriebe gilt, bei dem das Werkzeug auf einer geradlinigen Bahn hin- und hergeführt wird. Wie in anderen schwebenden Patentanmeldungen erläutert, kann das Werkzeug auch auf einer elliptischen, schraubenförmigen oder schraubenförmig-elliptischen Bahn hin- und herbewegt werden. In diesem Falle ist das Auswuchtverfahren entsprechend abzuwandeln. Die hierzu zu treffenden Annahmen und mathematischen Techniken sind dem im Auswuchten geübten Durchschnittsfachmann ohne weiteres an die Hand gegeben.

Die Nützlichkeit vorliegender Erfindung ist in anderen schwebenden Patentanmeldungen weiterhin erläutert. Die US-Patentanmeldung Ser. Nr. 904 204 (deutsche Patentanmeldung P ) zeigt einen Getriebeausgang, der auf einer elliptischen Bahn verläuft; die US-Patentanmeldung Ser. Nr. 904 206 (deutsche Patentanmeldung P ) offenbart eine auf einer schraubenförmigen Bahn verlaufende Ausgangsbewegung; die US-Patentanmeldung Ser. Nr. 904 207 (deutsche Patentanmeldung P ) beschreibt eine Vorrichtung, die einen auf einer schraubenförmig-elliptischen

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Bahn verlaufenden Ausgang erzeugt; die US-Patentanmeldung Ser. Nr. 904 203 (deutsche Patentanmeldung P ) zeigt Kraftübertragungsmittel, die ein als Baustein ausgebildetes Kardangetriebe mit einer Ausgangseinrichtung verbinden und in der US-Patentanmeldung Ser. Nr. 904 205 (deutsche Patentanmeldung P ) ist eine aus einzelnen Bausteinen zusammengesetzte Nähmaschine beschrieben, die eine Reihe von Kardangetriebemoduln mit entsprechenden Ausgangsvorrichtungen einschließt.

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Claims

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HÖGER - STELLRECHT - GRiESSBACH - HAECKER ßOEHME!

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A 43 330 m Anmelder: Union Special Corporation

m - 163 400 North Franklin Street

20. April 1979 Chicago, Illinois 60610

U.S.A.

Patentansprüche:

1. Nähmaschine mit Gehäuse und Kardangetriebe zur Umwandlung der Drehbewegung einer freitragend gelagerten Antriebswelle in eine geradlinige Bewegung eines Werkzeuges, insbesondere einer Nadel, dadurch gekennzeichnet , daß das Kardangetriebe (20) folgende Merkmale umfaßt:

ein Hauptlager (16) für die Antriebswelle (14); ein in Lagern (32, 34) auf der Antriebswelle (14) gelagertes Ritzelgetriebe (17) mit freitragender Ritzelwelle (36) und einem mit. einem ortsfesten Innenzahnkranz (24) kämmenden, an der Ritzelwelle drehfest gelagerten Ritzel (22) ;

kraftübertragende Verbindungsmittel (44, 64) zwischen Ritzelwelle (36) und Werkzeug (42) ; erste Auswuchtmittel (46) zur übertragung von Kräften auf die Ritzelwelle (3 6) derart, daß der Massenmittelpunkt aller von den Lagern (32, 34) abgestützten Getriebeteile auf der Mittellinie (41) der Ritzelwelle liegt, und

zweite Auswuchtmittel (86, 88) zur Übertragung von Kräften auf die Antriebswelle (14) derart, daß das Hauptlager (16) im wesentlichen frei von Momenten- und Lastvektoren ist.

2. Nähmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (14) in einen freitragenden Gestellteil (18) verlängert und das Ritzelgetriebe (17) in diesem Gestellteil mittels der Lager (32, 34) gelagert ist.

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3. Nähmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Gestellteil (18), Ritzelgetriebe (17) und Werkzeug (42) bestehende Gesamtheit statisch und dynamisch bezüglich des Schwerpunktes (15) des Hauptlagers (16) der Antriebswelle (14) ausgewuchtet ist.

4. Nähmaschine nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ritzelgetriebe (17) und Werkzeug (42) durch eine als Gegengewicht wirkende Masse (46) ausgewuchtet sind, deren Hebelarm größer als der halbe Rollkreisdurchmesser des Ritzels (22) ist.

5. Nähmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Gegengewicht dienende Masse (46) kleiner als die die auszuwuchtende Trägheitskraft verursachende Masse ist.

6. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch das freie Ende (40) der Ritzelwelle (36) ein Verbindungsarm (44) hindurchverlauft, dessen eines Ende mit dem Werkzeug (42) und dessen anderes Ende mit der Gegengewichtsmasse (46) verbunden ist.

7. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzelgetriebe (17) teleskopartig in einem Hohlraum (28) des Gestellteils (18) eingeschlossen ist.

8. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsarm (44) senkrecht abstehend an der Ritzelwelle (3 6) befestigt ist.

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9. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Mittellinie (41) der Ritzelwelle (36) und der Gegengewichtsmasse (46) erheblich größer als die Entfernung zwischen dieser Linie (41) und dem am Verbindungsarm (44) vorgesehenen Ausgangsmittelpunkt (147) ist.

10. Nähmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegengewichtsmasse (46) erheblich kleiner als die Werkzeugmasse ist.

11. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (32, 34) der Ritzelwelle (36) einen erheblich kleineren Durchmesser als der Gestellteil (18) haben.

12. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Lagerstellen des Kardangetriebes Ölverteilungsmittel (68, 70, 72, 74, 76, 78) zugeordnet sind.

13. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzelwelle (36) axial durch eine Druckscheibe (80) in den Lagern (32, 34) gehalten ist.

14. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie (41) der Ritzelwelle (36) parallel und derart seitlich versetzt zur Mittellinie (43) der Antriebswelle (14) verläuft, daß bei Drehung der Antriebswelle (14) die Lager (3 2, 34) der Ritzelwelle (3 6) einem konstanten Momenten- und Last-

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vektor unterworfen sind, und daß die zweiten Auswuchtmittel (86, 88) derart an der Antriebswelle (14) befestigt sind, daß der Massenmittelpunkt der von der Antriebswelle (14) getragenen Teile auf der Mittellinie

(43) liegt, so daß das Hauptlager (16) allgemein last- und momentenfrei ist und keine variablen Kräfte sowie darauf beruhende Vibrationen zum Maschinengestell gelangen.

15. Nähmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Verbindungsarm (44) ein Lager (54, 56) für einen mit dem Werkzeug (42) verbundenen Zapfen (64, 65) vorgesehen ist.

16. Verfahren zum Auswuchten eines Kardangetriebes nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

die Lager (32, 34) und die in ihnen gelagerte Ritzelwelle (36) mit sämtlichen daran befestigten Teilen (44) einerseits und das Kardangetriebe andererseits werden als voneinander unabhängig auszuwuchtende Einheiten behandelt;
die Ritzelwelle (36) und sämtliche daran befestigten Teile

(44) werden derart ausgewuchtet, daß die Lager (32, 34) der Ritzelwelle einem Moment und einem im wesentlichen gleich Null betragenden Lastvektor unterworfen sind;

die Lager (32, 34)) und die Ritzelwelle (36) mit sämtlichen daran befestigten Teilen (44) werden relativ zum Kardangetriebe in Stellung gebracht; die Antriebswelle (14) des Kardangetriebes (20) wird in Umlauf versetzt und der auf das Hauptlager (16) einwirkende, konstante Last- und Momentenvektor wird bestimmt und

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an der Antriebswelle (14) wird wenigstens eine Auswuchtmasse (86, 88) derart befestigt, daß das Hauptlager (16) im wesentlichen einem Null betragenden Lastvektor und einem Moment gleich Null unterworfen ist.

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