1893 erfand Karl Friedrich Gegauf die Hohlsaum-Nähmaschine, 1932 brachte sein Sohn Fritz die erste Haushaltsnähmaschine auf den Markt und seither nehmen die Erfindungen und Patente aus dem Hause Bernina kein Ende. Das Unternehmen mit Sitz in Steckborn, Schweiz, steht für höchste Qualität und Langlebigkeit: BERNINA Nähmaschinen müssen demzufolge sehr hohen Anforderungen genügen. Sie müssen schnell, schwingungsarm, leise und verschleißfest sein. Zudem sollen sie mit hoher Genauigkeit stoppen und Bewegungen zeitgenau und wiederholungstreu ausführen.

Die mechanischen Herausforderungen an eine Nähmaschine sind komplex: Zum einen setzt sich eine Nähmaschine aus etlichen schwingenden Teilen zusammen, die sich gegenseitig beeinflussen. Dabei sind die Schwingungen konstruktionsbedingt oft mit hoher Unwucht verbunden. Bereits kleinste Abweichungen im Mikrobereich können bei hohen Schwingungsfrequenzen die Funktionstüchtigkeit einer Nähmaschine maßgeblich beeinflussen. Zum anderen gibt es je einen Ober- und Unterfaden, die materialbedingt unterschiedliche und oft unberechenbare Bewegungen in teilweise engsten Platzverhältnissen ausführen.

Mit der richtigen Kamera vielfältige Tests ermöglichen

Um die sich daraus ergebenden Probleme zu analysieren, ist die BERNINA AG auf präzise, effiziente und zuverlässige Messgeräte angewiesen. Dazu zählt die MotionBLITZ EoSens® mini2 von Mikrotron. Die Hochgeschwindigkeitskamera wurde 2009 im Bereich Konstruktion und Entwicklung in Betrieb genommen. Herrn Durville, Leiter der Abteilung, und Herrn Schwyn, Testingenieur bei der BERNINA AG, überzeugte vor allem ihre Flexibilität. „Die Kamera hat sich schnell als ein flexibles Hilfsmittel für viele Testzwecke etabliert“, sagt Herr Schwyn. Sie erfasst die Bewegung des Fadens, kontrolliert aber auch unter Federdruck stehende Bauteile oder die Nadel-Greifer-Bewegung und überprüft zeitliche Abläufe. Auflösung und Geschwindigkeit der Kamera sind variabel einstellbar. Bei einer Auflösung von 1.696 x 1.710 Pixeln (3 Megapixel) werden 523 Bilder pro Sekunde aufgenommen. Die Bilder lassen jedes Detail erkennen. Auch höhere Bildraten von bis zu 200.000 Bildern pro Sekunde sind bei niedrigerer Auflösung möglich.

Die Bewegung des Fadens erfassen

Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung einer Nähmaschine ist die kontrollierte Bewegung des Fadenlaufs: Da die im Handel erhältlichen Fäden unterschiedliche Oberflächen, Dicken, Härten und Biegeeigenschaften aufweisen, ist es schwierig, den Fadenlauf unter Kontrolle zu halten. Die Parameter bewegen sich zudem von einer Geschwindigkeit von 2 m/sec bis zum völlig losen Zustand. Bei letzterem besteht die Gefahr, dass er sich an beteiligten Bauteilen ein- bzw. aus Fadenführungsteilen aushängt.

Für eine regelmäßige und qualitativ hochwertige Naht ist es enorm wichtig, dass die Schlupfbewegungen des Fadens jederzeit und überall kontrolliert ablaufen. Mit der MotionBLITZ EoSens® mini2 von Mikrotron wird die Bewegung des Fadens für das menschliche Auge sichtbar gemacht und kann somit im Konstruktionsprozess beeinflusst werden

Kontrolle der Fadenführung

Dank dieser Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der MotionBLITZ EoSens® mini2 zur Fadenführung lässt sich überprüfen, ob sich der Faden kontrolliert bewegt oder zu sehr dem Wechsel von Spannung und Entlastung unterworfen ist. Mit einer Bildgröße von 1.696 x 1.710 Pixeln und einer Bildrate von 512 Bilder/Sekunde liefert die Kamera hochaufgelöste und präzise Aufnahmen.

Unter Federdruck stehende Bauteile kontrollieren

Viele Bauteile einer Nähmaschine werden unter Federdruck in ihrer Position gehalten bzw. dadurch in die Lage versetzt, die nötigen Bewegungen spielfrei ausführen zu können. Dabei bewegt man sich meist im Spannungsfeld zwischen starkem und schwachem Druck. Starker Druck führt zu hoher Reibung und Verschleiss während ein schwacher Druck mit geringer Funktionssicherheit einhergeht. Die Hochgeschwindigkeitskamera MotionBLITZ EoSens® mini2 hilft schneller und zielstrebiger, die richtige Auslegung der Feder zu finden.

Kontrolle des Federdrucks

Die MotionBLITZ EoSens® mini2 wird eingesetzt, um den Federdruck von zwei Bauteilen zu kontrollieren. Für die Aufnahme wurde eine hohe Bildrate von 3.668 Bildern/Sekunde gewählt. Die Auflösung von 528 x 652 Pixel war ausreichend, um das Zusammenwirken beider Bauteile detailliert zu erfassen.

Die sensible Nadel-Greifer-Bewegung analysieren

Das Herzstück einer Nähmaschine ist der sogenannte Greifer. Dieser erfasst den Faden, der ihm von der Nadel „angeboten“ wird. Nur wenige hundertstel Millimeter entscheiden darüber, ob der Faden vom Greifer erfasst wird oder nicht, ob also eine Naht entsteht oder eben nicht. Die Nadel ist geführt vom oberen, der Greifer vom unteren Teil einer Nähmaschine.

Die langen mechanischen Hebelarme, die hohe Geschwindigkeit und die vielen sich bewegenden Teile verursachen Schwingungen, die diese so ungemein wichtige Funktion gefährden.
Die Hochgeschwindigkeitskamera MotionBLITZ EoSens® mini2 sorgt auch hier für Präzision.

Kontrolle der Nadel-Greifer-Bewegung

Die MotionBLITZ EoSens® mini2 ermöglicht verschiedene Hochgeschwindigkeitsaufnahmen des sensiblen Zusammenspiels von Nadel und Greifer.

Zeitliche Abläufe überprüfen

  • Eine Nähmaschine kann nur ihre Aufgabe erfüllen, wenn die zeitlichen Abläufe absolut exakt und genau ausgeführt werden.
  • Der Stoff darf sich nur bewegen, solange die Nadel nicht eingestochen hat.
  • Die Nadel wiederum darf die ZZ- Bewegung nur dann ausführen, wenn diese gerade nicht im Stoff steckt. 
  • Der Stellmotor für die Stofftransportlänge darf sich nur dann bewegen, wenn dieser gerade nicht transportiert.
  • Der Greifer muss genau dann zur Stelle sein, wenn die Nadel eine kleine Fadenschlaufe gebildet hat.

Alle diese Abläufe spielen sich im Bereich von Milli- und Mikrosekunden ab und sind deshalb auf herkömmliche Art schwer zu analysieren. Mit der Hochgeschwindigkeitskamera MotionBLITZ EoSens® mini2 überprüft, testet und korrigiert Herr Schwyn diese Abläufe.

Sein Unternehmen habe auch sehr stark von der technologischen Weiterentwicklung der Kameras aus dem Hause Mikrotron profitiert, bemerkt Herr Schwyn weiter. Die verbesserte Handhabung, Bildverarbeitung und Taktrate haben die Einsatzmöglichkeiten des aktuellen Kameramodells noch vergrößert und gleichzeitig die Anwendung vereinfacht. „Die Kamera setzen wir sehr häufig und konsequent ein“, versichert Herr Schwyn. Größere technische Probleme oder Schwierigkeiten bei der Handhabung habe es bisher nicht gegeben. Treten Probleme auf, können sie intern schnell behoben werden.