Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Besticken von dreidimensionalen
Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
[0002] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Stickmaschinen nicht nur flache Strukturen,
sondern auch gekrümmte Strukturen besticken können. Eine Patentschrift dazu findet
sich in
DE 44 37 021 C2. Oftmals sind solche gekrümmte Strukturen Halbschalen und finden Verwendung als Kopfbedeckungen
in Form von Kappen.
[0003] Im Weiteren sind Nähroboter bekannt, die gewölbte Flächen bearbeiten können. Säulennähmaschinen
dienen dazu, Hohlkörper zu nähen und sind ebenfalls als bekannt vorausgesetzt.
[0004] Die vollflächige Bestickung einer gewölbten dreidimensionalen Struktur mittels einer
kostengünstigen Bewegungsapparatur ist Stand heute mit einer Stickmaschine nicht möglich.
Stattdessen wird z.B. bei einer Kappe nur eine Teilfläche bestickt, die nahezu einem
rechteckförmigen Ausschnitt einer Zylinderoberfläche entspricht. Die Bewegung zur
Bestickung eines solchen Ausschnitts einer Zylinderoberfläche in Bezug auf die Nadel
wird aus einer X- und Y-Richtung eines nur teilweise vorhandenen Stickrahmens abgeleitet.
Dies geschieht in der Weise, dass die Bewegung in der Tiefenrichtung Y des Pantographen
der Stickmaschine erhalten bleibt. Demgegenüber wird die seitliche Bewegung X des
Pantographen z.B. mittels eines Seilzuges in eine Drehbewegung umgewandelt. Dadurch
ist es möglich einen Teilbereich einer Kappe zu besticken, wobei dieser Teilbereich
durch die Art der Einspannung der Kappe vor dem Stickprozess festgelegt wird. Das
auf diesem Teilbereich einzustickende Motiv wird der Steuerung der Stickmaschine in
Form von Stichdaten vorgegeben. Diese Stichdaten sind eine Abfolge von Daten in Form
eines Tripels bestehend aus einem Verstellweg in X-Richtung, einem Verstellweg in
Y-Richtung und der Information einen Einstich an der nach der Verstellung erreichten
Position auf der zu bestickenden Kappe zu erzeugen. Eine Vielzahl dieser Tripel in
geordneter Abfolge nacheinander erzeugt auf der Kappe das gewünschte Motiv. Da der
zu bestickende Ausschnitt ein Teil einer Zylinderoberfläche ist, kann dessen Abwicklung
als flaches rechteckförmiges Element betrachtet werden. Daher wird zur Erzeugung der
Stichdatentripel einfach ein Motiv in einer rechteckförmigen Grundfläche künstlerisch
gestaltet, da durch den Einsatz der vorher genannten Seilzugmechanik inhärent die
Übertragung auf den Ausschnitt der Zylinderoberfläche erfolgt.
[0005] Sollen mehrere Teilflächen einer solchen Kappe bestickt werden, so ist dies nur durch
aufwändiges Umspannen der Kappe möglich, so dass nacheinander mehrere zylinderförmige
Ausschnitte bestickt werden können.
Darstellung der Erfindung
[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile
zu beseitigen und die Einschränkung der Bestickung eines Werkstücks auf einen rechteckförmigen
Ausschnitt einer Zylinderoberfläche zu beseitigen. Dazu zeigt die vorliegende Erfindung
auf, wie die fast vollflächige Bestickung der Oberfläche eines Werkstücks vorteilhaft
erreicht werden kann. In der weiteren Beschreibung wird der Begriff Werkstück verwendet,
da die hier dargestellte Erfindung nicht nur auf die Bestickung von Kappen beschränkt
ist.
[0007] Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Unteransprüchen
angegeben.
[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Besticken von dreidimensionalen Werkstücken erfolgt
unter Verwendung einer Stickmaschine, welche mindestens einen Stickkopf zum Besticken
und mindestens einen Stickrahmen zur Positionierung des Werkstückes umfasst.
[0009] Gekennzeichnet ist das vorliegende Verfahren dadurch, dass das Werkstück mittels
des Stickrahmens um mindestens zwei Winkel in Bezug auf mindestens zwei Achsen, welche
in Bezug auf die Bewegungsachse des Stickkopfes stehen, zum Einbringen jedenfalls
eines Stiches einer Stickerei in das Werkstück positioniert wird.
[0010] Die vorliegende Erfindung ermöglicht so die Bestickung eines Werkstücks (bspw. einer
Kappe) in einer Aufspannung über nahezu der gesamten Oberfläche des Werkstücks. Erfindungsgemäß
wird dies durch das erfindungsgemäße Verfahren und einem nachstehend näher beschriebenen
Stickrahmen samt Antrieben unter Verwendung einer besonderen Ausführungsform der Stickmaschine
unter der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausführung der Positionierung
des Werkstücks erreicht, wie es im Anspruch 1 und den darauf folgenden Unteransprüchen
gemäß den aufgeführten Merkmalen ausgestaltet ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
[0011] Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen
Verfahrens, eines Stickrahmens und einer Stickmaschine ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.
[0012] In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine Säulenstickmaschine mit einem Stickrahmen zur vollflächigen Bestickung;
Fig. 2 einen Stickrahmen zur vollflächigen Bestickung mit den Achsen und Drehwinkeln;
Fig. 3 einen Stickrahmen zur vollflächigen Bestickung mit seinen Einzelelementen;
Fig. 4 einen Stickrahmen zur vollflächigen Bestickung mit aufgespanntem Werkstück,
hier eine Kappe;
Fig. 5 einen Stickrahmen zur vollflächigen Bestickung mit aufgespannter Kappe und
einer beispielhaft eingestellten Stickposition gemäß der Drehwinkel Θ = +45° µ = 0
ω = 0;
Fig. 6 einen Stickrahmen zur vollflächigen Bestickung mit aufgespannter Kappe und
einer beispielhaft eingestellten Stickposition gemäß der Drehwinkel Θ = 0° µ = -45°
ω = 0°;
Fig. 7 einen Stickrahmen zur vollflächigen Bestickung mit aufgespannter Kappe und
einer beispielhaft eingestellten Stickposition gemäß der Drehwinkel Θ = +30° µ = +30°
ω = 180°.
Ausführung der Erfindung
[0013] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfasst der erfindungsgemäße Stickrahmen 1 zur Positionierung
eines Werkstücks 2 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens jeweils
einen Antrieb 3, 4, 5 zur angetriebenen Positionierung des Werkstücks 2 um die mindestens
zwei Winkel Θ, µ, ω.
[0014] Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Stickmaschine 100 zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche mindestens einen Stickkopf 101 zum Besticken
und mindestens einen erfindungsgemäßen Stickrahmen 1 zur Positionierung des Werkstückes
2 umfasst.
[0015] In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann eine solche Stickmaschine
100 auch mehrere Stickrahmen 1 umfassen, wobei jedem dieser mehreren Stickrahmen 1
jeweilig mindestens ein Sticckopf 101 zugeordnet ist.
[0016] Erfindungsgemäß wird die Stickmaschine 100 mit einem Bewegungsapparat für das gewölbte
dreidimensionale Werkstück 2 versehen, die das Kippen des gewölbten Werkstücks 2 um
die beiden unabhängigen, aber beschränkten Winkel Θ und µ sowie die Drehung um den
unendlichen Drehwinkel ω erlaubt. Durch diese Anordnung ist es möglich, nahezu jede
Position der Oberfläche des gewölbten Werkstücks 2 unter die Nadelposition zu bringen.
[0017] Fig. 1 zeigt eine (Säulen-) Stickmaschine 100 mit einer Steuerung. Die (Säulen-)
Stickmaschine 100 ist mit einem Stickkopf 101 ausgestattet, der mit mehreren Nadeln
ausgestattet ist, wobei zu einem Zeitpunkt immer nur eine der mehreren Nadeln innerhalb
des Stickkopfes 101 mit der Antriebsmechanik des Stickkopfes verbunden ist. Durch
seitliches Verschieben des Stickkopfes 101 besteht die Möglichkeit, eine andere der
mehreren Nadeln auszuwählen, sodass diese Nadel durch die Antriebsmechanik des Stickkopfes
101 angetrieben wird. Da die verschiedenen Nadeln beispielsweise mit unterschiedlich
gefärbten Fäden bestückt sein können, ergibt sich so die Möglichkeit bestickte Flächen
von unterschiedlicher Farbe zu erzeugen, um so den künstlerischen Eindruck der Stickerei
zu erreichen.
[0018] Fig. 1 zeigt weiterhin den erfindungsgemäßen Stickrahmen 1 zur vollflächigen Bestickung
sowie mehrere Antriebe 3, 4, 5 des Stickrahmens 1.
[0019] In Fig. 2 ist der Stickrahmen 1 zur vollflächigen Bestickung und die Antriebe 3,
4, 5 des Stickrahmens 1 im Detail in Relation zum Stickkopf 101 dargestellt. Zur Orientierung
sind die - hier vorteilhaft kartesischen - Achsen X, Y und Z eingezeichnet. Erfindungsgemäß,
aber ohne Beschränkung der Allgemeingültigkeit, bezeichnet der Winkel Θ eine Drehung
um die X-Achse, der Winkel µ eine Drehung um die Y-Achse und der Winkel ω eine Drehung
um die Z-Achse. Die Winkel Θ und µ können sowohl positive als auch negative Werte
annehmen, sind aber aufgrund der mechanischen Anordnung beschränkt. Der Winkel ω kann
ebenfalls positive und negative Werte annehmen und ist durch die mechanische Anordnung
nicht beschränkt, wie weiter ausgeführt wird.
[0020] Fig. 3 zeigt den erfindungsgemäß Stickrahmen 1 zur vollflächigen Bestickung in Relation
zu mindestens einer vorteilhaft vorgesehenen (Greifer-) Säule 102. Die (Greifer-)
Säule 102 nimmt den Greifer auf, der die übliche Unterfadenspule aufnimmt. Der Stickrahmen
1 ist innerhalb der (Greifer-) Säule 102 vorzugsweise kardanisch aufgehängt. Diese
kardanische Aufhängung erlaubt die in Fig. 2 dargestellten Drehungen um den Winkel
Θ um die X-Achse und um den Winkel µ um die Y-Achse wie zuvor beschrieben. Zur Ausführung
der Drehung um die X-Achse dient der Antrieb 3 zur Winkelverstellung Θ. Das Ausführen
einer positiven Verstellung des Antriebs 3 führt dazu, dass der vordere Bereich des
Stickrahmens 1 um den positiven Winkel Θ hochschwenkt und in gleichem Maße der hintere
Bereich des Stickrahmens 1 abwärts schwenkt. Dementsprechend umgekehrt verhalten sich
die Schwenkrichtungen bei einer negativen Verstellung des Antriebs 3.
[0021] Unabhängig dazu dient der Antrieb 4 vorzugsweise zur Winkelverstellung µ um die Y-Achse.
Das Ausführen einer positiven Verstellung des Antriebs 4 führt dazu, dass der rechte
Bereich des Stickrahmens 1 um den positiven Winkel µ hochschwenkt und in gleichem
Maße der linke Bereich des Stickrahmens 1 abwärts schwenkt. Dementsprechend umgekehrt
verhalten sich die Schwenkrichtungen bei einer negativen Verstellung des Antriebs
4.
[0022] Da die beiden Antriebe 3, 4 für die Winkel Θ und µ vorteilhafterweise orthogonal
zueinander stehen, ist es somit möglich, die gesamte Oberfläche des eingespannten
Werkstücks 2 unter die Nadelpositionen zur Ausführung einer Bestickung zu bringen.
Die orthogonale Anordnung der Antriebe 3, 4 zueinander ist eine von mehreren möglichen
Ausführungsformen.
[0023] Fig. 3 zeigt weitere Elemente des erfindungsgemäßen Stickrahmens 1 zur vollflächigen
Bestickung. Eine Verstrebung 8 verbindet den feststehenden inneren Ring 7 entlang
der X-Achse mit der kardanischen Aufhängung innerhalb der (Greifer-) Säule 102. Dementsprechend
verbindet die Verstrebung 9 den feststehenden inneren Ring 7 entlang der Y-Achse mit
der kardanischen Aufhängung innerhalb der (Greifer-) Säule 102.
[0024] Ein drehbarer äußerer Halter 6 dient dazu, das Werkstück 2 - wie in Fig. 4 gezeigt
- während der Bestickung aufzunehmen und am unteren Rand zu halten. Der drehbare äußere
Halter 6 ist so auf dem feststehenden inneren Ring 7 gelagert, dass eine Drehung des
äußeren Halters 6 um den inneren feststehenden Ring 7 um den Winkel ω möglich ist.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass auf der Innenseite des äußeren
Halters 6 eine umlaufende Nut eingearbeitet ist und auf der Außenseite des feststehenden
Rings 7 Stege angebracht sind, die in die umlaufende Nut des Halters 6 eingreifen.
Zur Realisierung der Drehung des äußeren Halters 6 um den Winkel ω um die Z-Achse
dient der Antrieb 5. Die Übertragung der Antriebsenergie des Antriebs 5 auf den äußeren
Halter 6 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass auf der Innenseite des
äußeren Halters 6 umlaufend ein Zahnkranz eingearbeitet ist und vom Antrieb 5 ein
angetriebenes Zahnrad in diesen Zahnkranz eingreift und so die Drehbewegung überträgt.
Erfindungsgemäß erlaubt diese Anordnung eine fortlaufende unbeschränkte Drehung des
Werkstücks 2 um die Z-Achse. Dabei kann der Drehwinkel ω beliebige positive und negative
Werte annehmen.
[0025] Durch die Realisierung der drei voneinander unabhängigen Winkelverstellungen Θ, µ
und ω ist die erfindungsgemäße Bestickung des Werkstücks vorteilhaft in einer Aufspannung
und über fast der gesamten Oberfläche des Werkstücks 2 sowie auch umlaufend möglich.
[0026] Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen jeweils verschiedene Positionen des Werkstücks 2 in
Bezug zur Nadelposition. Somit ist eine fast vollflächige Bestickung eines dreidimensionalen
Werkstücks 2 mittels des hier beschriebenen Bewegungsapparats möglich.
[0027] Besonders vorteilhaft wird verfahrensgemäß aus vorgegebenen Koordinatentripeln die
jeweilige neue Position des Werkstücks 2 ermittelt und der mindestens eine Stickrahmen
1 mittels der Antriebe 3, 4, 5 derart gesteuert, dass die Positionierung des Werkstücks
2 um die Winkel Θ, µ, ω durchgeführt wird.
[0028] Überdies kann es vorteilhaft sein, dass die Positionierung des Werkstücks 2 um die
Winkel Θ, µ, ω aus fortlaufend übergebenen Koordinaten für jeden Stich der Bestickung
schritthaltend errechnet und durchführt wird.
[0029] Die Ansteuerung des Bewegungsapparats erfolgt vorzugsweise durch die Antriebe (Antriebsaggregate)
3, 4 und 5. Diese können elektromotorisch oder durch eine beliebige andere Antriebsenergie
versorgt werden.
[0030] Zur Steuerung der korrekten Bewegung der Antriebe 3, 4, 5 ist vorzugsweise eine Steuerung
vorgesehen, die aus vorgegebenen Koordinatentripel die jeweilig neue Position des
Werkstücks 2 ermittelt und mittels der Antriebe 3, 4, 5 einstellt. Durch Synchronisierung
der Positionierung des Werkstücks 2 mit der Antriebsmechanik des Stickkopfs 101 wird
erreicht, dass die Nadel erst nach erfolgter Positionierung des Werkstücks 2 in dieses
eindringt und so einen Stich der Bestickung durchführt. Durch fortlaufende Verstellung
des Werkstücks 2 und Einbringen der weiteren Stiche anhand der Auswertung der aufeinanderfolgenden
Koordinatentripel erfolgt die Bestickung der kompletten Oberfläche des Werkstücks
2.
Liste der Bezugsziffern
[0031]
- 1
- Stickrahmen zur vollflächigen Bestickung mit Antrieben
- 2
- Werkstück (Kappe)
- 3
- Antrieb zur Winkelverstellung Θ
- 4
- Antrieb zur Winkelverstellung µ
- 5
- Antrieb zur Winkelverstellung ω
- 6
- Drehbarer äußerer Ring zur Aufnahme des Werkstücks
- 7
- Feststehender innerer Ring
- 8
- Verstrebung X-Richtung
- 9
- Verstrebung Y-Richtung
- 100
- Säulenstickmaschine mit Steuerung
- 101
- Stickkopf
- 102
- (Greifer-) Säule zur Aufnahme des Greifers
1. Verfahren zum Besticken von dreidimensionalen Werkstücken (2) unter Verwendung einer
Stickmaschine (100), welche mindestens einen Stickkopf (101) zum Besticken und mindestens
einen Stickrahmen (1) zur Positionierung des Werkstückes (2) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Werkstück (2) mittels des Stickrahmens (1) um mindestens zwei Winkel (Θ, µ, ω)
in Bezug auf mindestens zwei Achsen (X, Y, Z), welche in Bezug auf die Bewegungsachse
des Stickkopfes (101) stehen, zum Einbringen jedenfalls eines Stiches einer Stickerei
in das Werkstück (2) positioniert wird.
2. Stickrahmen (1) zur Positionierung eines Werkstücks (2) zur Durchführung eines Verfahrens
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stickrahmen (1) mindestens jeweils einen Antrieb (3, 4, 5) zur angetriebenen Positionierung
des Werkstücks (2) um die mindestens zwei Winkel (Θ, µ, ω) umfasst.
3. Stickmaschine (100) zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, welche mindestens
einen Stickkopf (101) zum Besticken und mindestens einen Stickrahmen (1) zur Positionierung
des Werkstückes (2) nach Anspruch 2 umfasst.
4. Stickmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
sie mehrere Stickrahmen (1) umfasst und jedem dieser mehreren Stickrahmen (1) jeweilig
mindestens ein Stickkopf (101) zugeordnet ist.
5. Stickmaschine (100) nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
sie (100) mindestens eine Säule (102) umfasst und dadurch als Säulenstickmaschine
aufgebaut ist.
6. Verfahren zur Steuerung einer Stickmaschine (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
aus vorgegebenen Koordinatentripeln die jeweilige neue Position des Werkstücks (2)
ermittelt und der mindestens eine Stickrahmen (1) mittels der Antriebe (3, 4, 5) derart
gesteuert wird, dass die Positionierung des Werkstücks (2) um die Winkel (Θ, µ, ω)
durchgeführt wird.
7. Verfahren zur Steuerung einer Stickmaschine (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionierung des Werkstücks (2) um die Winkel (Θ, µ, ω) aus fortlaufend übergebenen
Koordinaten für jeden Stich der Bestickung schritthaltend errechnet und durchführt
wird.