DE10141713A1 - Messer für Schneidmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messer für Schneidmaschinen, insbesondere für Lebensmittelmaschinen. DOLLAR A Die zum Einsatz kommenden Messer 1 sind als symmetrische oder asymmetrische Messer, als Scheibenmesser oder Kuttermesser ausgebildet, die auf Messerwellen gelagert sind und mit diesen umlaufen. Die Seitenflächen des jeweiligen Messers 1 sind mit einer Belastungszustände anzeigenden Folie 4 bestückt, die drahtlos mit einem belastungsaufnehmenden System verbunden ist, dem eine Aufnahmeeinheit zugeordnet ist, die die erfassten Informationen zu einer Auswerteeinheit überträgt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Messer für Schneidmaschinen, insbesondere für Lebensmittelschneidemaschinen, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Rotierende Messersysteme werden zur Portionierung von Lebensmitteln und zur Zerkleinerung, beispielsweise zur Feinzerkleinerung von Fleisch, in verschiedensten Formen eingesetzt.
• Zum Schneiden werden sowohl kreisrunde als auch mit Ausschnitten versehene Scheibenmesser und auch sichelförmig ausgebildete Messer eingesetzt, die je nach Anwendungsfall verschiedenartig gelagert werden und gestaltet sind. So kann die Lagerung von Scheibenmessern einseitig oder auch zweiseitig ausgeführt werden. In den meisten Fällen ist ein derartiges Scheibenmesser auf einer angetriebenen Messerwelle fest gelagert und läuft mit dieser um.
• Demgegenüber haben sich bei der Feinzerkleinerung von Fleisch Kuttermesser durchgesetzt, die sichelförmig ausgebildet und gleichfalls ein- oder beidseitig auf einer angetriebenen Messerwelle gelagert sind und mit dieser umlaufen.
• Bei der Ausführung und Gestaltung derartiger Messer, ob als Scheibenmesser oder als Kuttermesser ausgebildet, wurde in der Vergangenheit versucht, die vorhandenen betrieblichen Prozesse bei der Zerkleinerung, speziell den Belastungen der Messer Rechnung zu tragen. Neben den mechanischen Beanspruchungen unterliegen diese Messer auch einer sehr hohen thermischen Beanspruchung. Dies wurde dahingehend berücksichtigt, dass die Messer mit bestimmten Konturen und zusätzlichen Anordnungen von Rillen, Wellen, Kanälen oder auch in seitlichen Flächenöfihungen ausgebildet wurden, die der Wärmeentwicklung und den mechanischen Beanspruchungen entgegenwirken sollen.
• Es sei auf die DE 42 14 730 A1 und DE 43 39 496 A1 verwiesen.
• Die beim Portionieren von Lebensmitteln vorrangig zum Einsatz kommenden Scheibenmesser sind als kreisrunde Messer und teilweise aber auch als Sichelmesser ausgebildet. Die Messer können auch mit anderen Formen ausgebildet sein, wobei allgemein gilt, die Messer sehr schmal auszuführen, um möglichst eine gute Schneidarbeit bei einer sehr geringen Wärmeentwicklung zu erreichen.
• In der Regel werden die Scheibenmesser aus legiertem Grundwerkstoff hergestellt, die später gehärtet und vergütet werden. Auch spezielle Beschichtungen aus Titan-Nickel- Legierungen oder Chrom-Nickel-Legierungen sind in der Praxis üblich.
• So beschreibt die gattungsgemäße DE 94 21 309 U1 ein sichelförmiges Messer für Schneidmaschinen, insbesondere ein Kuttermesser, welches auf seinem Grundkörper im belasteten Schneidenbereich eine Platte aus pulvermetallurgischem Stahl besitzt, welche einseitig auf dem Grundkörper aufgebracht und an der die Messerschneide ausgebildet ist.
• Auch sind Messer bekannt geworden, die mit flächenstabilisierenden Konturstabilisatoren ausgebildet sind.
• Hier wird auf die DE 198 23 412 A1 und DE 198 23 413 C2 verwiesen.
• Wie bereits oben ausgeführt, werden die Messergestaltungen abgeleitet aus Erfahrungen des jahrelangen Bauens und Einsatzes von Messern. Eine Erfassung der tatsächlich vorhandenen Krafteinwirkungen, Spannungsanhäufungen bzw. Spannungsverläufen und Temperatureinflüsse können nicht exakt erfasst werden.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Messer für Schneidwerkzeuge, insbesondere Scheiben- und Kuttermesser weiter zu entwickeln, mit denen die Möglichkeit besteht, verfahrensbedingte Belastungen über die Messer zu erfassen, gesondert auszuwerten, die Abstumpfung der Schneiden zu erkennen bzw. bei deren Konstruktionsgestaltung die richtigen Schneidparameter zu ermitteln, um die Nachteile der bekannten Lösungen weitestgehend zu beseitigen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 10 gelöst.
• Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Lösungen und besondere Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes.
• So wurde eine Lösung geschaffen, mit der der Schnittverlauf des Messers während des Schneid- Zerkleinerungsprozesses als Kraftverlauf im Messerkörper und der Belastung in der Messerschneide online erfasst und auf eine Auswerteeinheit übertragen wird. Diese gibt vorzugsweise optisch wieder, wo die Spannungen auftreten und wie die tatsächlichen Spannungsverläufe in dem unter Last stehenden Messer verlaufen.
• Diese Informationen aus der Datenerfassung werden genutzt zur Ausbildung und Gestaltung verfahrensabhängiger Messergeometrien.
• Ferner geben sie Auskunft über die Abstumpfungsgrade der Schneiden der Messer, welche wiederum Grundlage zur Bestimmung der Werkzeugwechselzeiten sind.
• In diesem Prozess finden die Belastungen am Messerkörper, die aus der Wirkpaarung Rohstoff/Werkstoff sowie Vorschub/Maschinenparameter resultieren, Berücksichtigung, indem sie erfasst, ausgewertet werden und Eingang in die Steuerung und Regelung von Schneidmaschinen finden.
• Wesensmerkmal der Erfindung ist eine Belastungszustände aufnehmende und anzeigende Folie, die auf den Seitenflächen eines Schneidwerkzeuges angeordnet ist.
• Die Anordnung der Folie zum Schneidwerkzeug kann dabei einseitig als auch beidseitig erfolgen sowie vollflächig oder teilweise, was jeweils abhängig ist vom Schneidwerkzeug selbst und von seinem Verwendungszweck und Einsatzgebiet.
• Die Belastungszustände aufnehmende und anzeigende Folie ist dabei so ausgebildet, dass die einwirkenden Belastungen auf das Schneidwerkzeug gleichfalls auf die Folie einwirken, somit diese Belastungen als Spannungen im Schneidwerkzeug als auch in der Folie wirken. Dabei werden die einzelnen Belastungszustände und die Belastungsänderungen farblich in wiederholender Reihenfolge auf der hoch empfindlichen Folie sichtbar, die beispielweise über eine Farbbildkamera erfasst werden. Diese farblichen Anzeigen sind Informationsträger über die tatsächlich vorhandenen Belastungen des Schneidwerkzeuges und dienen zur Auswertung der vorherrschenden Bedingungen im Schneidprozess und gleichfalls der Steuerung der Schneidmaschine.
• Neben der Wiedergabe der farblichen Veränderungen in bzw. auf der Folie über eine Farbbildkamera, können gemäß der Erfindung in einer bevorzugten Ausführung derartige Spannungsänderungen durch einen Laser abgetastet und von diesem auf eine Auswerteeinrichtung übertragen werden.
• Die Erfassung der Belastungsverläufe, insbesondere des Verlaufes der Spannungen in einem Schneidwerkzeug, werden über eine photooptische Abtastung der Lichtbrechung zur Anzeige gebracht und geben Informationen über die im Schneidwerkzeug tatsächlich vorhandenen Spannungen und deren Verläufe.
• Dies bedeutet, dass Verwerfungen am Schneidwerkzeug Lichtbrechungen hervorrufen, die mittels der Laserlichtmethode erfasst, optisch ausgewertet und dabei als Steuerungssignale umgesetzt werden. Diese Signale finden Einfluss in den gesamten Steuerungsprozess der Schneid- und Zerkleinerungsarbeit und geben Auskunft über den Zustand der Schneide. Hier vorrangig Auskunft zum Abstumpfungsgrad der Schneide des jeweils geprüften Messers.
• Neben der Erfassung und Aussage zum Abstumpfungsgrad der Schneide werden diese Informationen auch genutzt zur konstruktiven Ausbildung und Gestaltung der Schneidwerkzeuge und deren Ausbildung, insbesondere der Schneiden, damit diese nach betriebsspezifischen Parametern hergestellt werden können, wodurch die Schneidarbeit wesentlich erhöht wird. Dies bei schonender Behandlung des zu verarbeitenden Gutes und gleichzeitiger Verbesserung der Standzeit der Schneidwerkzeuge.
• Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.
• Die dazugehörige Zeichnung zeigt in:
• Fig. 1 eine Ausführungsvariante der Ausbildung eines Messers mit einseitig zugeordneter Folie,
• Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines sichelförmig ausgebildeten Kuttermessers in Schnittdarstellung und einer Ansicht von unten,
• Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines tropfenförmig ausgebildeten Kuttermessers in Schnittdarstellung und einer Ansicht von unten,
• Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines tropfenförmig ausgebildeten Kuttermessers mit Durchbrüchen in Schnittdarstellung und einer Ansicht von unten,
• Fig. 5 eine Bildaufnahme eines Messers mit eingesetzter Folie unter Last mit unterschiedlichem Farbverlauf.
• In der Fig. 1 ist ein symmetrisches Messer 1 in Form eines Scheibenmessers dargestellt, dem stirnseitig die Belastungszustände aufnehmende und anzeigende Folie 4 zugeordnet ist. Diese Folie 4 ist dabei gleichfalls als kreisrunder flächenhafter Körper ausgebildet und zur Stirnfläche des Messers 1 verbunden. Diese Verbindung erfolgt über eine Haftschicht 8, welche vorzugsweise als eine Klebeschicht ausgebildet ist. Dabei kann diese Klebeschicht unmittelbar auf der Rückseite der Folie 4 aufgebracht sein, wobei auch diese Haftschicht 8 durch ein Klebemittel herausbildbar ist, welches zwischen der Stirnseite des Messers 1 und der Rückseite der Folie 4 aufgetragen wird und somit beim Aneinanderlegen der Teile die Verbindung von Folie 4 zum Messer 1 herstellt.
• Das Messer 1 ist über bekannte Messeraufnahmen 3 zur Messerwelle 2 verbunden und läuft im Drehsinn der Messerwelle 2 mit dieser um.
• Die Verbindung von Messer 1 zur Messeraufnahme 3 auf der Antriebsseite erfolgt über eine formschlüssige Verbindung, wobei eine vorgesehene Befestigung 5 den Kraftschluss zwischen dem Messer 1 und der Messerwelle 2 herstellt und gewährleistet, dass das Messer 1 bei den vorherrschenden hohen Betriebsdrehzahlen gesichert mit der Messerwelle 2 umlaufen kann.
• Das Messer 1 ist an seinem äußeren Umfang mit einer Schneide 6 und einer Nachschleiffläche 7 ausgebildet, die beide in die Schneidenspitze 12 des Messers 1 übergehen.
• Wie bereits oben ausgeführt, kann die zum Einsatz kommende Belastungszustände aufnehmende und anzeigende Folie 4 sowohl auf symmetrischen als auch auf unsymmetrischen Messern angeordnet werden.
• So ist in der Fig. 2 ein asymmetrisches Messer 1, ein Kuttermesser dargestellt, welches einmal eine Schnittdarstellung und eine Ansicht des Messers 1 von unten zeigt.
• Bei dieser Darstellung ist die Folie 4 auf der Unterseite des Messers 1 vorgesehen, der dem zu schneidenden Gut abgewandten Seite.
• Dies ist keine zwingende Voraussetzung, denn die Folie 4 kann sowohl auf der Rohstoffseite als auch auf der der Rohstoffseite abgewandten Seite des Messers 1 angeordnet sein. Wesentlich ist, dass die Folie 4 nicht unmittelbar auf den Seitenflächen des Messers 1 aufgeklebt ist, sondern das Messer 1 mit einer entsprechenden Aussparung, der Form der Folie 4 angepasst, ausgebildet ist, in der dann die Folie 4 eingeklebt wird. Dies hat wiederum den Vorteil, dass durch die Anordnung der Folie 4 keine Verbreiterungen des jeweiligen Messers 1 eintreten bzw. keine Ansätze auf den Seitenflächen der Messer 1 vorhanden sind, die sich störend auf den Schneidprozess auswirken würden.
• Aus den Darstellungen ergibt sich unmittelbar auch die Ausbildung der Schneide 6 des Messers 1 sowie deren Nachschleiffläche 7, die in der Schneidenspitze 12 münden. Die als Kuttermesser ausgebildeten Messer 1 werden über ihre Messeraufnahmen 3, als Bohrungen bzw. Halbkreisöffnungen ausgebildet, auf die jeweilige Messerwelle 2 aufgesetzt, über ihre Spannbereiche untereinander und zur Messerwelle 2 verspannt und befestigt.
• Neben der Ausbildung eines sichelförmig gestalteten Kuttermessers nach Fig. 2, können diese Messer 1 auch als tropfenförmig gestaltete Kuttermesser ausgebildet sein, denen, wie in der Fig. 3 gezeigt, die Folie 4 flächenhaft zugeordnet ist. Dies erfolgt in bereits beschriebener Art und Weise über eine als Klebeschicht ausgebildete Haftschicht 8 mittels der die Folie 4 zum Messer 1 verklebt wird. Auch diese Messer 1 sind mit Schneiden 6 und Nachschleifzonen 7, welche in den Schneidenspitzen 12 münden, ausgebildet.
• Die Fig. 4 zeigt ein Messer 1, welches als ein tropfenförmig ausgebildetes Kuttermesser gestaltet und auf seinen Seitenflächen mit Durchbrüchen 9 ausgebildet ist. Die Einbringung und Anordnung der Folie 4 erfolgt in bereits beschriebener Art und Weise. Im Bereich der Durchbrüche 9 ist die Folie 4 unterbrochen bzw. weist die gleichen Öffnungen auf, sodass gewährleistet ist, dass auch die an den Randzonen der Durchbrüche 9 auftretenden Belastungen und Spannungen und deren Veränderungen erfasst werden können.
• Es wurde bereits ausgeführt, dass die in den Messern 1 wirkenden Spannungen und Belastungen auf die jeweils eingesetzte Folie 4 übertragen werden. Im weitesten Sinne kann diese Folie 4 als Stressfolie bezeichnet werden, da in ihr die gleichen Belastungen wie in den Messern 1 wirken und die Spannungs- und Kräfteveränderungen gleichfalls in der Folie 4 wirken, diese somit den wechselnden Belastungsfällen ausgesetzt ist. Der Vorteil dieser Folie 4 ist, dass über eine Farbbildlichtkamera mit Vorsatzfilter diese Belastungen, Spannungen und deren Veränderungen sowie Verläufe aufgenommen und farblich dargestellt werden können. Das Vorsatzfilter ist notwendig, um ein polarisiertes Licht auf die Farbbildlichtkamera einwirken zu lassen, damit die auf die Messer 1 und Folie 4 wirkenden Belastungen und deren Veränderungen optisch sichtbar werden.
• Ein derartig farblich ausgebildeter Belastungs-Spannungsverlauf im Messer 1, hier ein Kuttermesser, ist in der Fig. 5 gezeigt.
• Die unterschiedlichen Farbwiedergaben und die unterschiedlichen Farbverläufe dokumentieren zum einen die Wertgrößen der vorherrschenden Spannungen und Belastungen und zum anderen die Verläufe der Spannungen und Belastungen in dem Messer 1. Die rötliche Farbe steht für starke Belastungen, die als Belastungsspitzen 10 gekennzeichnet sind. Die dunkleren Farben dokumentieren, dass in diesen Bereichen geringere Belastungen und Spannungen in dem Messer 1 wirken.
• Diese Belastungen und Spannungen sowie deren Verläufe werden erfasst, einer Rechnereinheit zugeführt, bewertet und die Ergebnisse geben Aufschluss über die Betriebsfähigkeit des eingesetzten Messers 1. Dies in der Art und Weise, dass daraus abgeleitet werden kann, in welcher Form dieses Messer 1 noch eine qualitative Schneidarbeit leisten kann. Dies bedeutet, dass aus diesen Angaben auch Rückschlüsse auf Messerwechselzyklen gezogen werden können.
• Ferner ist von Vorteil, dass diese erfassten Betriebszustände der Messer 1 Einfluss finden bei der Bewertung und Feststellung wo Spannungsspitzen im Messer vorhanden sind, die eine Bruchgefahr in sich bergen, was unter Nutzung eines Fenite-Elemente-Programmes erfolgt, in welches diese Angaben Eingang finden.
• Die unterschiedlichen Farbverläufe geben Auskunft über die tatsächlich vorhandenen Belastungen und Spannungen im Messer 1 und bilden die Grundlage zu deren Bestimmung.
• Im Prinzip wird die Belastungsfähigkeit der Messerkörper ermittelt, wobei die Messerkörper selbst in das Mess-Auswerte- und Beurteilungssystem als Konstante einfließen die Veränderungen am Messerkörper und deren Schneiden werden erfasst, ausgewertet und genutzt bei der Ausbildung und Gestaltung von Schneidwerkzeugen. Die optische Wiedergabe und die Bezugnahme zur wertmäßigen Bestimmung der Belastungen und Spannungen wird durch eine Farbskala dokumentiert, welche so aufgebaut und gestaltet ist, dass die dunklen Farben auf einen geringen Belastungszustand verweisen, während rötliche Anzeigen höchste Belastungsgrade, nämlich Belastungsspitzen 10 dokumentieren.
• Die Farbskala ist gekennzeichnet durch die Farben Schwarz, Lila, Blau, Grün, Orange und dann übergehend in Rot.

Claims (13)

1. Messer für Schneidmaschinen, welche insbesondere in Lebensmittelschneidemaschinen zum Einsatz kommen, gestaltet als symmetrisch oder asymmetrische Messer, die als Scheibenmesser oder Kuttermesser ausgebildet, auf Messerwellen gelagert sind und mit diesen umlaufen, wobei die Grundkörper der Messer vollflächig oder mit Durchbrüchen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
auf den Seitenflächen des Messers (1) eine Belastungszustände aufnehmende und anzeigende Folie (4) vollflächig oder in Teilflächen angeordnet ist, die drahtlos mit einem belastungsaufnehmenden System verbunden ist, dem eine Aufnahmeeinheit zugeordnet ist, die die erfassten Informationen zu einer Auswerteeinheit überträgt.

2. Messer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messer (1) als symmetrisch oder asymmetrisches Messer, als ein Scheibenmesser zur Portionierung oder als ein Kuttermesser zur Feinzerkleinerung ausgebildet ist.

3. Messer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messer (1) ein- oder beidseitig mit der Folie (4) bestückt und die Folie (4) im allgemeinen Sinne als eine Stressfolie ausgebildet ist.

4. Messer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kuttermesser ausgebildeten Messer (1) mit Durchbrüchen (9) versehen sind, die flächenhaft verteilt in den Messerflächen angeordnet sind.

5. Messer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit eine Farblichtbildkamera ist.

6. Messer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Folie (4) erfassten und daraus abgeleiteten Informationen genutzt werden zur Steuerung und Regelung des Schneidprozesses, zur Ausbildung und Gestaltung der Messer (1) und deren Schneidengeometrien sowie der Nachschleifzyklen.

7. Messer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungs- und Spannungszustände wertmäßig durch eine Farbskala optisch erkennbar sind, wobei die Farbskala, in Abhängigkeit der steigenden Werte über die Belastungs- und Spannungszustände, von Schwarz über Lila, Blau, Grün, Orange bis Rot gestaltet ist.

8. Messer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbe Schwarz für die geringsten Belastungs- und Spannungszustände und die Farbe Rot für die maximalen Belastungs- und Spannungszustände, den Belastungsspitzen (10), stehen.

9. Messer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Belastungs- und Spannungsverläufe im Messer (1) Eingang finden in ein Fenite-Elemente-Programm und genutzt werden zur Bestimmung von Spannungsspitzen und Bruchgefahrzonen im Messer (1).

10. Messer für Schneidmaschinen, welche insbesondere in Lebensmittelschneidemaschinen zum Einsatz kommen, gestaltet als symmetrisch oder asymmetrische Messer, die als Scheibenmesser oder Kuttermesser ausgebildet, auf Messerwellen gelagert sind und mit diesen umlaufen, wobei die Grundkörper der Messer vollflächig oder mit Durchbrüchen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung und Weiterleitung von Belastungen und Spannungsänderungen in einem Messer (1) über einen Laser optisch erfolgt, wobei die auf den Flächen der Messer (1) auftretenden Lichtbrechungen über eine Aufnahmeeinheit optisch und farblich angezeigt werden.

11. Messer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechung des Laserlichts erfasst und daraus abgeleitete Informationen genutzt werden zur Steuerung und Regelung des Schneidprozesses, zur Ausbildung und Gestaltung der Messer (1) sowie deren Schneidengeometrien und der Nachschleifzyklen.

12. Messer nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungs- und Spannungszustände wertmäßig über eine Farbskala optisch erkennbar sind, wobei die Farbskala in Abhängigkeit der steigenden Werte über die Belastungs- und Spannungszustände von Schwarz über Lila, Blau, Grün, Orange bis Rot gestaltet ist.

13. Messer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbe Schwarz für die geringsten Belastungs- und Spannungszustände und die Farbe Rot für die maximalen Belastungs- und Spannungszustände, den Belastungsspitzen (10), stehen.