DE4325116C1 - Nähmaschine mit einem Massenausgleichsmechanismus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nähmaschine mit einem Massenausgleichsmechanismus nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Durch die für die Bildung des Oberbegriffes herangezogene DE 33 41 444 C2 ist eine Nähmaschine bekannt, die einen drei verschiedene Ausgleichsmassen umfassenden Massenausgleichsmechanismus aufweist. Außer der üblichen an der Nadelstangenkurbel befestigten Ausgleichsmasse zur Kompensation der rotierenden Massen des Nadelstangen- und Fadengeberantriebes weist dieser Massenausgleichsmechanismus eine innerhalb des Gehäusekopfes gleichachsig zur Armwelle drehbar gelagerte zweite Ausgleichsmasse auf, die in entgegengesetztem Drehsinn zur Armwelle angetrieben wird und gemeinsam mit der erstgenannten Ausgleichsmasse einen vollkommenen Ausgleich der vom Nadelstangen- und Fadengeberantrieb hervorgerufenen Massenkräfte 1. Ordnung bewirkt. Zum Antrieb der zweiten Ausgleichsmasse dient eine über ein Übersetzungsgetriebe im Verhältnis 2 : 1 zur Armwelle angetriebene Zwischenwelle, die wiederum über ein Untersetzungsgetriebe die auf einer drehbaren Lagerhülse befestigte Ausgleichsmasse antreibt. Auf der mit doppelter Drehzahl gegenüber der Armwelle umlaufenden Zwischenwelle ist die dritte Ausgleichsmasse befestigt, die zum teilweisen Ausgleich der Massenkräfte 2. Ordnung dient. Dem bei diesem Massenausgleichsmechanismus erzielten wirkungsvollen Ausgleichsergebnis steht aber der Nachteil eines verhältnismäßig aufwendigen Getriebes für den Antrieb der zweiten und dritten Ausgleichsmasse gegenüber.

Bei einer durch die US-PS 2 802 437 bekannten Nähmaschine wird die Nadelstange durch ein mit der Armwelle verbundenes Kreuzschleifengetriebe angetrieben. Zum Ausgleich der hierbei auftretenden oszillierenden Massenkräfte wird eine im Maschinenkopf mit geringem Abstand zur Nadelstange angeordnete stangenförmige Ausgleichsmasse verwendet, die über ein zweites ebenfalls mit der Armwelle verbundenes Kreuzschleifengetriebe gegenüber der Nadelstange um 180° phasenverschoben angetrieben wird. Abgesehen davon, daß Kreuzschleifengetriebe wegen der Gleitsteinführung und der dadurch bedingten Schmierungsprobleme nicht für hohe Maschinendrehzahlen geeignet sind, gäbe es Probleme, einen solchen Ausgleichsmechanismus in dem im allgemeinen kleinen und enge Platzverhältnisse aufweisenden Gehäusekopf unterzubringen, und zwar insbesondere dann, wenn die Nähmaschine mit einem ebenfalls im Gehäusekopf angeordneten Gelenkfadengeber ausgestattet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Massenausgleichsmechanismus zu schaffen, der getriebetechnisch einfach aufgebaut ist, hohe Maschinendrehzahlen ermöglicht und ohne besondere Schwierigkeiten in das Maschinengehäuse integrierbar ist. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Maßnahme, die zweite Ausgleichsmasse im Arm des Maschinengehäuses und die dritte Ausgleichsmasse innerhalb der Grundplatte anzuordnen, wurden diese beiden Ausgleichsmassen und ihr jeweiliger Antrieb an solchen Stellen des Maschinengehäuses untergebracht, an denen für den Einbau zusätzlicher Aggregate eher ein ausreichender Platz zur Verfügung steht als beispielsweise innerhalb des Gehäusekopfes. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, den erfindungsgemäßen Massenausgleichsmechanismus ohne Veränderung des Gehäuses in bereits entwickelte Nähmaschinen zu integrieren.

Der Maßnahme, die dritte Ausgleichsmasse nicht in der Nähe des Entstehungsortes der oszillierenden Massenkräfte 2. Ordnung anzuordnen, nämlich im Bereich des Nadelstangen- und Fadengeberantriebes, sondern von diesem weit entfernt innerhalb der Grundplatte, liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich das angenähert C- förmige Nähmaschinengehäuse schwingungstechnisch wie eine Schwinggabel verhält, so daß sich im einen Schenkel des Gehäuses - nämlich dem Gehäusekopf bzw. Gehäusearm - erzeugte Schwingungen auch auf den anderen Schenkel des Gehäuses - nämlich die Grundplatte - auswirken und auch ihn vibrieren lassen. In gleicher Weise vermag die innerhalb der Grundplatte befindliche dritte Ausgleichsmasse nicht nur die sich in der Grundplatte auswirkenden Massenkräfte 2. Ordnung zu reduzieren, sondern auch die am Kopf und am Arm auftretenden Massenkräfte 2. Ordnung zu vermindern.

Die Anordnung der dritten Ausgleichsmasse innerhalb der Grundplatte ermöglicht es, die für den Antrieb des doppeltumlaufenden Doppelsteppstichgreifers vorgesehene Greiferwelle, die ja bereits in dem für den Antrieb einer die oszillierenden Massenkräfte 2. Ordnung reduzierenden Ausgleichsmasse erforderlichen Drehzahlverhältnis von 2 : 1 zur Armwelle umläuft, unmittelbar auch für den Antrieb der dritten Ausgleichsmasse auszunutzen, indem diese entweder gemäß Anspruch 2 unmittelbar auf der Greiferwelle oder gemäß Anspruch 3 direkt am Greiferkörper des Doppelsteppstichgreifers angeordnet ist.

Das für den Antrieb der zweiten Ausgleichsmasse verwendete Viergelenkgetriebe gehört zu einer schmierungstechnisch unproblematisch beherrschbaren und daher für hohe Drehzahlen geeigneten Getriebegattung. Darüber hinaus ist ein Viergelenkgetriebe vergleichsweise einfach aufgebaut, was insbesondere für die Weiterbildung gemäß Anspruch 4 gilt, wonach das kurbelförmige Antriebsglied dieses Getriebes von einem auf der Armwelle befestigten Exzenter gebildet ist.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Antriebes für die zweite Ausgleichsmasse sind in den Ansprüchen 5 bis 7 angegeben.

Durch die zweite und dritte Ausgleichsmasse wird gemeinsam ein sehr weitgehender und unter Berücksichtigung des geringen getriebetechnischen Aufwandes, der platzgünstigen Unterbringung und der erreichbaren hohen Drehzahl der Nähmaschine ein optimaler Ausgleich der oszillierenden Massenkräfte 1. und 2. Ordnung erzielt. Diese Optimierung des Massenausgleichs wird naturgemäß durch die Anordnung sowohl der zweiten als auch der dritten Ausgleichsmasse erreicht, jedoch wird auch schon ein durchaus brauchbarer Teilerfolg erzielt, wenn außer der ersten Ausgleichsmasse zusätzlich nur die zweite oder nur die dritte Ausgleichsmasse verwendet wird.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schaubildliche schematische Darstellung der mit einem Massenausgleichsmechanismus ausgestatteten Nähmaschine,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Antriebes für die zweite Ausgleichsmasse,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Antriebes für die zweite Ausgleichsmasse nach Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Antriebes für die zweite Ausgleichsmasse,

Fig. 5 ein Diagramm der vertikalen Schwinggeschwindigkeit des Kopfes in Relation zur Drehzahl bei unterschiedlichen Ausgleichsbedingungen und

Fig. 6 ein Diagramm der vertikalen Schwinggeschwindigkeit der Grundplatte in Relation zur Drehzahl bei unterschiedlichen Ausgleichsbedingungen.

Die Doppelsteppstichnähmaschine besteht aus der Grundplatte 1, dem Ständer 2 und dem Arm 3 mit dem Kopf 4, wobei Kopf 4 und Arm 3 durch eine Wand 5 (Fig. 3) voneinander getrennt sind. Im Arm 3 ist eine Armwelle 6 gelagert, die auf dem in den Kopf 4 hineinragenden Ende eine drehfest angeordnete Nadelstangenkurbel 7 trägt. Die Nadelstangenkurbel 7 steht über einen an ihr befestigten Kurbelzapfen 8 und einen Lenker 9 mit einer in vertikaler Richtung auf- und abbewegbaren Nadelstange 10 in Antriebsverbindung, die eine fadenführende Nadel 11 trägt. Die Nadelstangenkurbel 7, der Lenker 9 und die Nadelstange 10 bilden gemeinsam einen Geradschubkurbeltrieb 12.

Auf dem Kurbelzapfen 8 der Nadelstangenkurbel 7 ist ein Ende eines Fadenhebels 13 gelagert, der mit einer Führungsschwinge 14 gelenkig verbunden ist. Die Nadelstangenkurbel 7, der Fadengeberhebel 13 und die Führungsschwinge 14 bilden gemeinsam eine als Gelenkfadengeber bezeichnete Kurbelschwinge 15, die eine besondere Ausführungsform eines Viergelenkgetriebes darstellt.

Die Armwelle 6 treibt über einen Riementrieb 16 eine in der Grundplatte 1 gelagerte Zwischenwelle 17 im Drehzahlverhältnis 1 : 1 an. Die Zwischenwelle 17 treibt ihrerseits über ein Zahnradgetriebe 18 die parallel zu ihr in der Grundplatte 1 gelagerte Greiferwelle 19 im Drehzahlverhältnis 2 : 1 zur Armwelle 6 an, so daß der auf ihr angeordnete, mit der Nadel 11 zur Bildung von Doppelsteppstichen in bekannter Weise zusammenwirkende Doppelsteppstichgreifer 20 mit doppelter Drehzahl gegenüber der Armwelle 6 umläuft.

Der zur Verminderung der von den rotierenden und oszillierenden Massen des Nadelstangen- und des Fadengeberantriebes 12, 15 ausgehenden Massenkräfte vorgesehene Massenausgleichsmechanismus enthält in bekannter Weise eine an der Nadelstangenkurbel 7 ausgebildete erste Ausgleichsmasse 21. Diese dient der Kompensation der rotierenden Massen des Nadelstangen- und des Fadengeberantriebes 12, 15, d. h. der Nadelstangenkurbel 7, des Kurbelzapfens 8 und der rotierenden Anteile des Lenkers 9 und des Fadengeberhebels 13.

Innerhalb des Armes 3 ist auf der Armwelle 6 mit Hilfe eines Klemmringes 22 ein Exzenter 23 befestigt. Auf dem Exzenter 23 ist mittels eines Nadellagers 24 eine Exzenterstange 25 gelagert, die über ein weiteres Nadellager 26, eine Hülse 27, eine Unterlagscheibe 28 und eine Schraube 29 mit einer Platte 30 gelenkig verbunden ist. Die Platte 30 ist auf einem an der Gehäusewand befestigten Bolzen 31 schwenkbar gelagert und weist ein Langloch 32 auf, durch das die Armwelle 6 hindurch verläuft.

Wie in Fig. 4 schematisch verdeutlicht, bilden der Exzenter 23, die Exzenterstange 25 und die als Schwinge wirkende Platte 30 ein Viergelenkgetriebe 33, wobei der Exzenter 23 die Funktion einer Kurbel erfüllt, deren wirksame Länge der Größe der Exzentrizität entspricht. Hierbei wird die vorgenannte Schwinge dieses Viergelenkgetriebes 33 eigentlich nur von dem zwischen der Schraube 29 und dem Bolzen 31 liegenden Abschnitt der Platte 30 gebildet, der in Fig. 4 durch die mit 34 bezeichnete Strichpunktlinie gekennzeichnet ist.

An dem dem Bolzen 31 gegenüberliegenden Ende der Platte 30 ist die zweite Ausgleichsmasse 35 des Massenausgleichsmechanismus befestigt, die sich aus zwei Teilmassen 35a, 35b zusammensetzt. Die Platte 30 bildet für die zweite Ausgleichsmasse 35 einen Kurbelarm, dessen Längsachse durch die zwischen dem Schwerpunkt der zweiten Ausgleichsmasse 35 und dem Bolzen 31 verlaufende Strichpunktlinie 36 gekennzeichnet ist. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, verläuft die Längsachse 36 dieses Kurbelarmes der Platte 30 im wesentlichen horizontal, so daß die bogenförmige Bewegungsbahn der zweiten Ausgleichsmasse 35 demzufolge im wesentlichen vertikal und damit im wesentlichen parallel zur Bewegungsbahn der Nadelstange 10 verläuft. Dabei ist die mittlere Stellung der Exzenterstange 25 derart gewählt, daß sie unter einem Winkel von im wesentlichen 120° gegenüber der Nadelstangenkurbel 7 voreilt.

Auf der Greiferwelle 19 ist die dritte Ausgleichsmasse 37 des Massenausgleichsmechanismus befestigt. Die Ausrichtung der dritten Ausgleichsmasse 37 ist derart, daß sich ihr Schwerpunkt bei den beiden Totpunktslagen der Nadelstangenkurbel 7 in Höhe der Greiferwelle 19 auf der Bedienungsseite der Nähmaschine befindet.

Alternativ oder ergänzend zu der vorstehend beschriebenen dritten Ausgleichsmasse 37 kann an dem auf der Greiferwelle 19 befestigten Greiferkörper 38 des Doppelsteppstichgreifers 20 eine Ausgleichsmasse 39 befestigt sein, die entweder allein oder gemeinsam mit der Ausgleichsmasse 37 die dritte Ausgleichsmasse des Massenausgleichsmechanismus bildet.

Zum Ausgleich der vom Exzenter 23 ausgehenden rotierenden Massenkraft dient eine am Klemmring 22 ausgebildete Ausgleichsmasse 40, die gegenüber dem Exzenter 23 um 180° verdreht angeordnet ist.

Bei laufender Nähmaschine treibt die Armwelle 6 über den Geradschubkurbeltrieb 12 die Nadelstange 10 und über die Kurbelschwinge 15 den Fadengeberhebel 13 an. Wie schon erwähnt, werden die hierbei von der Nadelstangenkurbel 7, dem Kurbelzapfen 8 und den rotierenden Anteilen des Lenkers 9 und des Fadengeberhebels 13 verursachten rotierenden Massenkräfte durch die erste Ausgleichsmasse 21 kompensiert.

Der Geradschubkurbeltrieb 12 und die Kurbelschwinge 15 erzeugen ferner in bekannter Weise oszillierende Massenkräfte erster und weiterer höherer Ordnungen, wobei jedoch für einen praxisgerechten Massenausgleich nur die oszillierenden Massenkräfte 1. und 2. Ordnung von Bedeutung sind.

In den Diagrammen der Fig. 5 und 6 zeigen die durchgezogenen Linien S_K1 und S_G1 das Ausmaß der am Kopf 4 und an der Grundplatte 1 auftretenden Vibrationen bei einer normal ausgestatteten Doppelsteppstichnähmaschine, bei der der Massenausgleichsmechanismus nur die Ausgleichsmasse 21 enthält, so daß sich die oszillierenden Massenkräfte 1. und vor allem 2. Ordnung ungehindert auswirken können. Im einzelnen zeigt die Linie S_K1 die am Kopf 4 gemessene Schwinggeschwindigkeit als Maß der dort auftretenden vertikalen Vibrationen. In gleicher Weise zeigt die Linie S_G1 die an der Grundplatte 1 gemessene Schwinggeschwindigkeit als Maß der dort auftretenden vertikalen Vibrationen. Die Schwinggeschwindigkeiten sind jeweils über der Drehzahl U der Nähmaschine in min^-1 aufgetragen.

Die Diagramme zeigen ferner drei ausgeprägte Schwingungsspitzen, die durch Resonanzverhalten zustandekommen. Aufgrund des Schwinggabel- Effektes des C-förmigen Nähmaschinengehäuses hat die Nähmaschine eine ganz bestimmte Eigenresonanz, die beim Ausführungsbeispiel bei 2200 Hz liegt und einer Drehzahl von 13.200 mm^-1 entspricht. Bei dieser Drehzahl würde eine maximale Resonanz auftreten. Während eine solch hohe Drehzahl bei Nähmaschinen völlig praxisfremd ist und dementsprechend nicht berücksichtigt zu werden braucht, treten jedoch durch verschiedene Oberschwingungen der Erregerkräfte zu dieser Eigenresonanzfrequenz innerhalb des normalen Drehzahlspektrums der Nähmaschine weitere Resonanzstellen auf, die sich allerdings schwächer auswirken als die direkt erregte Eigenresonanz.

So erzeugen die ungedämpften oszillierenden Massenkräfte 2. Ordnung bei der halben Resonanzdrehzahl, d. h. bei 6.600 min^-1 eine immer noch sehr ausgeprägte Resonanzstelle, die sowohl am Kopf 4 als auch an der Grundplatte 1 zu starken Vibrationen und Schallabstrahlungen führt.

Eine zweite Resonanzstelle liegt bei einem Drittel der Eigenresonanzfrequenz, d. h. bei 4.400 min^-1, wobei diese Resonanzstelle durch die oszillierenden Massenkräfte 3. Ordnung hervorgerufen wird. Eine dritte Resonanzstelle liegt bei 1.900 min^-1 und ist durch die Resonanz der Maschinenlagerung in einem nicht dargestellten Tischgestell verursacht.

Die Armwelle 6 treibt über das Viergelenkgetriebe 33 die im Arm 3 untergebrachte zweite Ausgleichsmasse 35 an, die im Takt der Nadelstangenbewegung eine zu dieser im wesentlichen gegenläufige bogenförmige Hin- und Herbewegung ausführt und damit die vom Geradschubkurbeltrieb 12 und der Kurbelschwinge 15 verursachten oszillierenden Massenkräfte 1. Ordnung deutlich verringert. Das Ausmaß dieser Verringerung ist in den Diagrammen anhand der gestrichelten Linien S_K2 und S_G2 erkennbar. Die zweite Ausgleichsmasse 35 bewirkt gemäß der Linie S_K2 eine über dem gesamten Drehzahlbereich wirksame Absenkung der vertikalen Schwingungen am Kopf 4 und darüber hinaus eine deutliche Verringerung der Schwingungsspitzen bei allen drei Resonanzstellen. An der Grundplatte 1 bewirkt die zweite Ausgleichsmasse 35 gemäß Linie S_G2 dagegen nur einen vollkommenen Abbau der durch die Resonanz der Maschinenlagerung verursachten Schwingungsspitze und eine spürbare Verringerung der Schwingungsspitze an der Resonanzstelle bei 6.600 min^-1.

Die beiden Diagramme machen deutlich, daß die zweite Ausgleichsmasse 35 die an der Resonanzstelle bei 6.600 min^-1 auftretenden Schwingungsspitzen am Kopf 4 und an der Grundplatte 1 allein nicht ausreichend verringern kann. Um dies zu erreichen, bedarf es tatsächlich der Verwendung der mit doppelter Drehzahl gegenüber der Armwelle 6 umlaufenden dritten Ausgleichsmasse 37 bzw. 39. Diese bewirkt gemäß den Punktlinien S_K3 und S_G3 sowohl an der Grundplatte 1 als auch am Kopf 4 eine solch starke Abflachung der Schwingungsspitze an der Resonanzstelle bei 6.600 min^-1, daß sie nicht mehr störend in Erscheinung tritt.

Die zweite und dritte Ausgleichsmasse 35 und 37 bzw. 39 bewirken also gemeinsam, daß die von den oszillierenden Massenkräften 1. und 2. Ordnung verursachten Vibrationen des Maschinengehäuses über dem gesamten Drehzahlbereich der Nähmaschine deutlich vermindert werden. Jedoch bringt auch jede einzelne dieser Ausgleichsmassen bereits einen brauchbaren Teilerfolg, indem die zweite Ausgleichsmasse 35 - wie schon erwähnt - im wesentlichen eine über den gesamten Drehzahlbereich wirksame Verringerung der vertikalen Schwingungen bringt, während die dritte Ausgleichsmasse 37 bzw. 39 in erster Linie nur eine Verringerung der höchsten Schwingungsspitze bewirkt, die an der Resonanzstelle bei 6.600 min^-1 auftritt.

Claims (7)

1. Nähmaschine mit einem aus einer Grundplatte, einem Ständer und einem in einen Kopf auslaufenden Arm bestehenden Gehäuse, einer im Arm gelagerten Armwelle, die zum Antrieb einer hin- und hergehenden Nadelstange sowie eines Fadengebers dient, einer in der Grundplatte gelagerten im Verhältnis 2 : 1 gegenüber der Armwelle angetriebenen Greiferwelle für einen Doppelsteppstichgreifer und mit einem Massenausgleichsmechanismus, der eine erste Ausgleichsmasse zur Kompensation der rotierenden Massen des Nadelstangen- und Fadengeberantriebes, eine zweite Ausgleichsmasse zur Kompensation der oszillierenden Massenkräfte 1. Ordnung und eine dritte im Verhältnis 2 : 1 zur Armwelle rotierend angetriebene Ausgleichsmasse zur Kompensation der oszillierenden Massenkräfte 2. Ordnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausgleichsmasse (35) innerhalb des Armes (3) angeordnet und durch ein zur Armwelle (6) synchron angetriebenes Viergelenkgetriebe (33) schwingend antreibbar und die dritte Ausgleichsmasse (37; 39) innerhalb der Grundplatte (1) angeordnet und mit der Greiferwelle (19) antriebsmäßig verbunden ist.

2. Nähmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Ausgleichsmasse (37) unmittelbar auf der Greiferwelle (19) befestigt ist.

3. Nähmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Ausgleichsmasse (39) am Greiferkörper (38) des Doppelsteppstichgreifers (20) angeordnet ist.

4. Nähmaschine nach Anspruch 1 oder 2 bzw. 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Viergelenkgetriebe (33) einen auf der Armwelle (6) befestigten Exzenter (23), eine Exzenterstange (25) und eine am Arm (3) drehbar gelagerte Schwinge (30) umfaßt und daß die zweite Ausgleichsmasse (35) an einem Ende der Schwinge (30) befestigt ist und somit eine kreisbogenförmige Bewegungsbahn beschreibt, die im wesentlichen parallel zur Bewegungsbahn der Nadelstange (10) verläuft.

5. Nähmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge von einer Platte (30) gebildet ist, die für den Durchtritt der Armwelle (6) ein Langloch (32) aufweist.

6. Nähmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Exzenter (23) eine dessen Unwucht kompensierende Ausgleichsmasse (40) zugeordnet ist.

7. Nähmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse (40) Bestandteil eines zur Befestigung des Exzenters (23) dienenden Klemmringes (22) ist.