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Einleitung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden von Lebensmitteln
in Streifen oder Würfel, bei
dem ein Gutsstrang des Lebensmittels mittels einer Vorschubeinrichtung
auf einer Schneideinrichtung vorgeschoben wird, wobei der Gutsstrang
von dieser in einem ersten Schritt mittels einer Gattermessereinrichtung
zunächst
in Scheiben oder Streifen geschnitten wird, von denen in einem weiteren Schritt
mittels eines in einer Ebene senkrecht zu der Vorschubrichtung rotierenden
Abschneidemessers sukzessive Streifen oder Würfel abgeschnitten werden,
wobei ein mit einer hinteren Stirnseite des Gutsstrangs in Kontakt
stehendes Vorschubelement der Vorschubeinrichtung mittels einer
ersten Antriebseinrichtung bewegt wird und das Abschneidemesser von
einer zweiten Antriebseinrichtung in Rotation versetzt wird. Des
Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des
vorgenannten Verfahrens.
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Stand der Technik
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Derartige
Verfahren und Vorrichtungen sind insbesondere zum Schneiden von
Fleisch und Wurstwaren, Käse
und auch Gemüse
seit geraumer Zeit allgemein bekannt. Typischerweise wird sowohl
das Vorschubelement als auch das Abschneidemesser gleichförmig bewegt,
d. h. die Vorschubgeschwindigkeit des linear bewegten Vorschubelements
ist konstant und die Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Abschneidemessers
ist gleichfalls konstant. Dabei bestimmt das Verhältnis der
vorgenannten Geschwindigkeiten die Länge der beim Abschneiden entstehenden
Streifen bzw. Würfel,
da der Gutsstrang in dem Zeitraum, in dem das Abschneidemesser (vorausgesetzt
es besitzt eine einzige Schneidkante) eine vollständige Umdrehung
vollführt,
einen bestimmten Vorschubweg aus der Gattermessereinrichtung heraus
zurückgelegt
hat. Wird bei unveränderter
Vorschubgeschwindigkeit die Drehzahl des Abschneidemessers erhöht, so verkürzen sich
die entstehenden Streifen bzw. Würfel
bzw. verlängern sich
bei einer Reduzierung der Messerdrehzahl.
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In
der Vergangenheit ist bei Streifen- bzw. Würfelschneidern versucht worden,
die Schneidqualität
zu verbessern. So gibt es Bestrebungen, den Vorschubdruck dadurch
zu optimieren, dass die Hubfrequenz der in ihre Längsrichtung
bewegten Messer der Gattermessereinrichtung und die Drehzahl des Abschneidemessers
bestmöglich
aufeinander abgestimmt werden. Zwar wird durch eine Vergrößerung der
Schnittgeschwindigkeit der Gattermesser grundsätzlich die Schneidqualität im Bereich
der Gattermessereinrichtung erhöht,
doch führt
eine gesteigerte Geschwindigkeit der Gattermesser bei den meisten
Produkten auch zu einer deutlichen Erhöhung der Reibung zwischen dem
zu schneidenden Lebensmittel und den Flanken der Messer, wodurch
eine erhöhte
Beanspruchung des Schneidguts und damit wiederum eine Verschlechterung
der Schneidqualität eintritt.
Auch gilt es zu bedenken, dass bei zu hohem Vorschubdruck empfindliche
Schneidgüter
geschädigt
werden, wodurch die Qualität
der erzeugten Streifen oder Würfel
sinkt.
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Neben
der Problematik der optimalen Abstimmung der Vorschubgeschwindigkeit
auf die Geschwindigkeit der Messer der Gattermessereinrichtung (sofern
diese oszillierend bewegt werden) stellt auch die Realisierung der
optimalen Drehzahl des Abschneidemessers eine schwierige Aufgabe
dar. In der Praxis wird jedenfalls häufig beobachtet, dass die trotz
konstanter Vorschubgeschwindigkeit und konstanter Drehzahl des Abschneidemessers
erzeugten Streifen und Würfel
in ihrer Abschnittslänge
schwanken. In derartigen Längenschwankungen
ist nach den heutigen strengen Maßstäben ein Qualitätsmangel
zu sehen.
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Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Schneiden von Lebensmitteln in Streifen oder Würfel so
weiter zu entwickeln, dass die Abschnittslänge der erzeugten Streifen
und Würfel
vergleichmäßigt wird,
um über
eine erhöhte
Geometriegenauigkeit des Endprodukts eine Steigerung der Schneidqualität zu erzielen.
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Lösung
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In
verfahrenstechnischer Hinsicht wird die vorgenannte Aufgabe ausgehend
von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass
die beiden Antriebseinrichtungen derart angesteuert werden, dass
die Winkelgeschwindigkeit des Abschneidemessers jederzeit unabhängig von
der Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubelements der Vorschubeinrichtung
eingestellt wird.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Erzielung geometriegenauer
Streifen oder Würfel,
d. h. insbesondere einer konstanten Abschnittsänge der Endprodukte, wenn diese
im Anschluss an die Gattermessereinrichtung von dem Abschneidemesser
abgetrennt werden, eine Konstanthaltung der Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubelements nicht ausreichend und zielführend ist. Auch bei den vorbekannten
Verfahren lässt
sich nämlich
durch entsprechende Messungen nachweisen, dass sich das mit der
hinteren Stirnseite des Gutsstrangs in Kontakt stehende Vorschubelement
in der Tat mit nur sehr geringen Abweichungen über den gesamten zum Aufschneiden
eines Gutsstrangs erforderlichen Zeitraum mit konstanter Geschwindigkeit
bewegt. Dass dennoch während
des Aufschneidevorgangs Streifen bzw. Würfel mit unterschiedlicher
Länge erzeugt
werden, liegt darin begründet, dass
sich das vordere Ende des Gutsstrangs nicht gleichförmig, d.
h. mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Die Ursache für die Abweichungen
in den Geschwindigkeiten sind in den elastischen Eigenschaften des
zu schneidenden Lebensmittels einerseits und den Inhomogenitäten in Bezug
auf die Festigkeit sowie die Reibungseigenschaften des Lebensmittels
andererseits zu suchen. Gelangt beispielsweise ein im Vergleich
mit den übrigen
Bereichen des Gutsstrangs härterer
Bereich in den Bereich der Gattermessereinrichtung, so steigt in
der Regel der sich dem Vorschub entgegensetzende Widerstand, d.
h. es ist eine größere Kraft
erforderlich, um den Gutsstrang durch die Gattermessereinrichtung
weiter auf das Abschneidemesser zu zu bewegen. Da davon auszugehen
ist, dass die üblicherweise
mittels eines hydraulischen Vorschubzylinders betätigte Vorschubeinrichtung
eine so hohe Kraft entwickelt, dass die Vorschubgeschwindigkeit
auch bei einer Widerstandserhöhung
konstant bleibt, äußert sich
die Erhöhung des
Widerstands in einer Komprimierung des Gutsstrangs in dem Bereich
zwischen dem Vorschubelement und der Schneideinrichtung. Die Komprimierung
findet dabei bis zu solch einem Ausmaß statt, bis der im Material
des Lebensmittels aufgebaute Druck so groß ist, dass er die Geschwindigkeit
des Gutsstrangs im Bereich der Gattermessereinrichtung wider erhöht. Auch
im Bereich der Gattermessereinrichtung liegt somit stets ein Kräftegleichgewicht
zwischen den der Vorschubbewegung entgegengesetzten Reibungskräften und
den vom Vorschubelement im Inneren des Gutsstrangs erzeugten Druckkräften vor.
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Gelangt
im Anschluss an einen vergleichsweise harten Bereich des Gutsstrangs
wieder ein weicherer und leichter von der Gattermessereinrichtung
zu schneidender Bereich bzw. ein Bereich mit geringeren Reibungseigenschaften,
beispielsweise aufgrund besonders guter Gleiteigenschaften des Lebensmittels,
in den Wirkungsbereich der Gattermessereinrichtung, so baut sich
der zuvor erhöhte Druck
im Lebensmittel vor der Gattermessereinrichtung dadurch ab, dass
der Gutsstrang im Bereich der Gattermessereinrichtung beschleunigt
wird. Dabei wird die Geschwindigkeit im Bereich der Gattermessereinrichtung
nach Durchlaufen eines Maximums wieder auf einen etwas geringeren
Wert zurückgehen,
wenn die Festigkeit bzw. Reibungseigenschaften des Lebensmittels
in dem folgenden Abschnitt des Gutsstrangs konstant bleiben. Im
Ergebnis werden somit je nach den in der Praxis vorliegenden Eigenschaften
des Gutsstrangs über
seine Längsrichtung
Schwankungen in der Geschwindigkeit beim Durchtritt des Gutsstrangs
durch die Gattermessereinrichtung bzw. bei deren Verlassen auftreten.
Diese Schwankungen sind umso größer, je
inhomogener ein Gutsstrang aufgebaut ist und je größer dessen Länge ist,
da die eine Komprimierung des Gutsstrangs gestattenden Elastizitätseigenschaften
des Gutsstrangs mit steigender Länge
ausgeprägter
vorhanden sind. Am Ende des Aufschneidevorgangs, wenn sich das Vorschubelement
aufgrund der Verkürzung
der Restlänge
des Gutsstrangs sehr nahe an der Gattermessereinrichtung befindet,
sind die Abweichungen zwischen der Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubelements
und der tatsächlichen
Vorschubgeschwindigkeit des Gutsstrangs im Bereich der Gattermessereinrichtung
wieder sehr gering.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise, dass
die Winkelgeschwindigkeit des Abschneidemessers jederzeit unabhängig von
der Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubelements der Vorschubeinrichtung
eingestellt werden kann (bzw. umgekehrt), entbindet daher von der
beim Stand der Technik gegebenen Notwendigkeit, die Abschneidevorgänge stets
in den gleichen zeitlichen Abständen
vornehmen zu müssen,
ohne auf die momentan gerade vorliegende Austrittsgeschwindigkeit
des Gutsstrangs aus der Gattermessereinrichtung bzw. die dort vorliegende
freie Austrittslänge
des Gutsstrangs Rücksicht
zu nehmen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren
existiert vielmehr eine vollständige
Freiheit, den Abschneidevorgang (bzw. einen Vorschub) durch entsprechende
Ansteuerung der jeweiligen Antriebseinrichtungen dann vorzunehmen,
wenn das gewünschte
Sollmaß der
zu erzeugenden Streifen oder Würfel
erreicht ist bzw. sein wird. Grundsätzlich kann dazu als Stellgröße sowohl
die Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubelements der Vorschubeinrichtung
und die Winkelgeschwindigkeit des Abschneidemessers gewählt werden.
In regelungstechnischer Hinsicht einfacher erscheint jedoch die
Konstanthaltung der Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubelements
und die Anpassung der Winkelgeschwindigkeit des Abschneidemessers
an die aktuell vorliegenden Verhältnisse
beim Austritt des in Streifen oder Scheiben geschnittenen Gutsstrangs
aus der Gattermes sereinrichtung, da dann die Elastizitätseigenschaften
des Gutsstrangs weitestgehend ausgeschaltet werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn mittels einer Messeinrichtung gemessen
wird, um welche Länge
die jeweilige vordere Stirnseite des Gutsstrangs auf der der Vorschubeinrichtung
gegenüber
liegenden Seite der Schneideinrichtung – in Vorschubrichtung gemessen – über eine
Schneidebene des Abschneidemessers vorsteht und wenn des Weiteren der
Abschneidevorgang dann ausgelöst
wird, wenn die vorgenannte Länge
einen bestimmten Betrag erreicht hat. Die Regelgröße wird
somit unmittelbar von der freien, d. h. überstehenden, Länge des
Gutsstrangs vor dem Abschneidevorgang gebildet, da diese Länge nach
dem Abschneidevorgang die freie Länge des entstehenden Streifens
oder Würfels
darstellt. Charakteristikum des erfindungsgemäßen Vorgehens ist somit die
Ermöglichung
unterschiedlicher Zeiten zwischen zwei aufeinander folgenden Abschneidevorgängen, d.
h. eine Einflussnahme auf die Winkelgeschwindigkeit des Abschneidemessers
zwischen zwei Abschneidevorgängen,
sofern die Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubelements nicht aktiv
geregelt, d. h. insbesondere konstant gehalten, wird. Andersherum
ist es aber grundsätzlich
auch möglich,
die Geschwindigkeit des Abschneidemessers ungeregelt zu belassen,
d. h. insbesondere konstant zu halten, jedoch die Vorschubgeschwindigkeit des
Vorschubelements ständig
derart zu regeln, dass hinsichtlich der Abschnittslänge geometriegenaue Würfel bzw.
Streifen entstehen. Aufgrund der im Normalfall unbekannten Eigenschaften
des Lebensmittelmaterials innerhalb des Gutsstrangs ist letztgenannte
Vorgehensweise in der Praxis vermutlich seltener sinnvoll anwendbar.
Dasselbe gilt für
die ebenfalls grundsätzlich
bestehende Möglichkeit,
sowohl die Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubelements als auch
die Drehzahl des Abschneidemessers individuell nachzuführen, da
aufgrund der größeren Kompliziertheit
und diverser Unsicherheiten eine Umsetzung in die Praxis schwierig
sein dürfte.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass mittels einer Messeinrichtung die Geschwindigkeit
der aus der Gattermessereinrichtung austretenden vorderen Stirnseite
des Gutsstrangs gemessen wird und dass ausgehend von einer aktuellen
bekannten Winkelposition und Winkelgeschwindigkeit des Abschneidemessers
letzteres in der Art weiterbewegt wird, dass die Streifen oder Würfel genau
zu einem solchen Zeitpunkt von dem restlichen Gutsstrang abgetrennt
werden, an dem die Scheiben oder Würfel um den gewünschten
Betrag der Länge über die
Schneidebene des Abschneidemessers vorstehen. In diesem Fall wird
somit bei der Initiierung des Abschneidevorgangs die aktuelle Geschwindigkeit am
vorderen Ende des Gutsstrangs berücksichtigt. Da diese Geschwindigkeit,
wie zuvor ausgeführt
wurde, von der mittleren Vorschubgeschwindigkeit, wie sie am Vorschubelement
vorliegt, abweicht, würden Verfälschungen
auftreten, wenn anstelle der an der vorderen freien Stirnseite des
Gutsstrangs gemessenen Geschwindigkeit einfach von der als konstant
zu betrachtenden mittleren Vorschubgeschwindigkeit am Vorschubelement
ausgegangen würde.
Die Steigerung der Geometriegenauigkeit ist umso größer, je weiter
das Abschneidemesser zu einem Zeitpunkt, an dem die Sollabschnittslänge nahezu
erreicht ist, noch von der Seitenfläche der hervortretenden freien Streifen
bzw. Scheiben entfernt ist, an denen das Abschneidemesser in den
Querschnitt des Gutsstrangs eindringt. Die Kenntnis der aktuellen
Austrittsgeschwindigkeit des Gutsstrangs ermöglicht jedenfalls eine Steigerung
der Geometriegenauigkeit, da der Zeitpunkt, zu dem das Abschneidemesser
in den Gutsstrang eindringen muss, um Streifen bzw. Würfel mit
der gewünschten
Abschnittslänge
zu erzeugen, besser vorherbestimmt werden kann.
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Aus
Gründen
der Minimierung des Messaufwandes ist es empfehlenswert, die Geschwindigkeit der
vorderen Stirnseite des Gutsstrangs und die über die Schneidebene des Abschneidemessers
vorstehende Länge
des Gutsstrangs mittels derselben Messeinrichtung zu bestimmen und
die Geschwindigkeit als Differenzenquotient oder als Differenzialquotient
aus Messwerten der vorstehenden Länge des Gutsstrangs und der
Zeit zu berechnen. Falls die maximal sinnvolle Vorschubgeschwindigkeit
aufgrund einer vergleichsweise geringen möglichen Druckbelastung des
Lebensmittels gering ist, kann es vorteilhaft sein, dass das Abschneidemesser – betrachtet über eine
einzelne Umdrehung – mit
sich ändernder
Winkelgeschwindigkeit bewegt wird und vor Auslösung eines nächsten Abschneidevorgangs
ausgehend von einer Stillstandsposition, in der sich eine Schneide
des Abschneidemessers unmittelbar vor dem Austrittsquerschnitt der
Gattermessereinrichtung befindet, beschleunigt in den Austrittsquerschnitt
hineinbewegt wird. Auf diese Weise lässt sich aufgrund des vergleichsweise
geringen Abstands zwischen der Ausgangsposition des Abschneidemessers
bei der Initiierung des Abschneidevorgangs und dem Eindringen der
Schneidkante des Abschneidemessers in das Material des Gutsstrangs
eine sehr geringe Abweichung von der Solllänge der Abschnitte erreichen.
Um die Schneidleistung zu maximieren, kann in Abhängigkeit
von dem jeweiligen Schneidgut der Druck in dem hydraulischen System
der Vorschubeinrichtung gemessen und auf einem als maximal zulässig erachteten
Wert konstant gehalten werden, so dass sich in Abhängigkeit
von dem aktuellen Widerstand beim Vorschieben (im Gatter und durch
die Wandreibung) leicht unterschiedliche aktuelle Vorschubgeschwindigkeiten
ergeben können.
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In
vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die zugrunde liegende Aufgabe
gelöst
durch eine Vorrichtung zum Schneiden von Lebensmitteln in Streifen
oder Würfel
mit einer Vorschubeinrichtung, mit der ein Gutsstrang des Lebensmittels
in Richtung auf eine Schneideinrichtung vorschiebbar ist, wobei
die Schneideinrichtung eine Gattermessereinrichtung aufweist, mit
der der Gutsstrang in Scheiben oder Streifen schneidbar ist, von
denen mittels eines Abschneidemessers, das in der Schneidebene senkrecht
zu der Vorschubeinrichtung rotierbar ist, sukzessive Streifen oder
Würfel
von den Scheiben oder Streifen abschneidbar sind, wobei ein mit
der hinteren Stirnseite des Gutsstrangs in Kontakt bringbares Vorschubelement
der Vorschubeinrichtung von einer ersten Antriebseinrichtung antreibbar
ist und das Abschneidemesser mittels einer zweiten Antriebseinrichtung
rotierbar ist, wobei die Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet ist, dass die beiden Antriebseinrichtungen derart
getrennt voneinander ansteuerbar sind, dass die Winkelgeschwindigkeit
des Abschneidemessers jederzeit unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubelements einstellbar ist und umgekehrt.
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Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Messeinrichtung auf, mit der eine Länge messbar ist, um die die
jeweilige vordere Stirnseite des Gutsstrangs auf einer der Vorschubeinrichtung
gegenüber
liegenden Seite der Schneideinrichtung über eine Schneidebene des Abschneidemessers
vorsteht, wobei mittels einer mit der Messeinrichtung verbundenen
Steuereinrichtung der Abschneidevorgang dann auslösbar ist,
wenn die vorgenannte Länge
einen bestimmten Betrag erreicht hat.
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Um
die Geometriegenauigkeit der erzeugten Streifen bzw. Würfel weiter
zu erhöhen,
wird vorgeschlagen, eine Messeinrichtung in der Vorrichtung vorzusehen,
mit der die Geschwindigkeit der aus der Gattermessereinrichtung
austretenden vorderen Stirnseite des Gutsstrangs messbar ist, da
mittels einer Steuerungseinrichtung die Bewegung des Abschneidemessers
ausgehend von einer aktuellen bekannten Winkelposition, die Winkelgeschwindigkeit so
steuerbar ist, dass die Streifen oder Würfel genau zu einem solchen
Zeitpunkt von dem restlichen Gutsstrang abtrennbar sind, an dem
die Streifen oder Würfel
um den gewünschten
Betrag der Länge über die
Schneidebene des Abschneidemessers vorstehen. Die Berücksichtigung
der aktuellen Austrittsgeschwindigkeit der vorderen Stirnseite des
Gutsstrangs erlaubt eine sehr zuverlässige Prognose, wann der richtige
Zeitpunkt zum Abtrennen der nächsten
Streifen bzw. Würfen
vorliegt.
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Der
Bauaufwand der erfindungsgemäßen Vorrichtung
lässt sich
reduzieren, wenn mittels derselben Messeinrichtung sowohl die über die
Schneidebene des Abschneidemessers vorstehende Länge des Gutsstrangs als auch
die Geschwindigkeit der vorderen Stirnseite des Gutsstrangs messbar
sind, wobei die Geschwindigkeit als Differenzenquotient oder als
Differentialquotient aus den Messwerten der vorstehenden Länge und
der Zeit bestimmbar ist. Besonders bevorzugt ist im vorliegenden
Fall die Verwendung eines Laser-Abstandsmessers, aus dessen in sehr
kurzen zeitlichen Abständen
erzeugbaren Abstands-Messwerten sich zuverlässige Geschwindigkeitswerte
für die
vordere Stirnseite des Gutsstrangs unter Zuhilfenahme einer Steuerungs-
und Auswerteeinrichtung ermitteln lassen. Der Laserstrahl eines derartigen
Laser-Abstandsmessers kann beispielsweise parallel zu der Vorschubeinrichtung
verlaufen, d. h. senkrecht auf die jeweilige vorderer Stirnfläche des
aus der Gattermessereinrichtung austretenden Gutsstrangs gerichtet
sein. Anhand des von der vorderen Stirnseite reflektierten Laserlichts
wird der aktuelle Abstand zwischen dem Laser-Abstandmesser und der
Gutsstrang-Stirnfläche
bestimmt, woraus sich über
den Abstand des Laser-Abstandsmessers von der Gattermessereinrichtung
im Wege einer Differenzbildung einfach die freie überstehende
Länge des
Gutsstrangs ermitteln lässt.
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Mit
Hilfe der verwendeten Steuerungseinrichtung für die Antriebseinrichtung des
Abschneidemessers sollte es möglich
sein, das Abschneidemesser – betrachtet über eine
einzelne Umdrehung – mit sich ändernder
Winkelgeschwindigkeit zu bewegen sowie das Abschneidemesser vor
Auslösung
eines nächsten
Abschneidevorgangs gegebenenfalls ausgehend von einer Stillstandsposition,
in der sich eine Schneide des Abschneidemessers unmittelbar vor dem
Austrittsquerschnitt der Gattermessereinrichtung befindet, beschleunigt
in Austrittsquerschnitt hineinzubewegen.
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Ausführungsbeispiel
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung,
die in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1:
eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Würfelschneiden
von Käse
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2:
eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1 und
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3:
einen Querschnitt entlang der Linie III-III durch die Vorrichtung
gemäß 2
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Eine
in den 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung 1 zum
Würfelschneiden
von Käse,
der vor dem Schneidvorgang in Form eines als lang gestreckter Block
ausgebildeten Gutsstrangs vorliegt, weist eine Schneideinrichtung 2 auf,
die zum einen aus einer Gattermessereinrichtung 3 und einem
in Vorschubrichtung 4 nachfolgend angeordneten Abschneidemesser 5 besteht.
Vor der Gattermessereinrichtung 3 befindet sich in bekannter
Weise ein auch als Magazin bezeichneter Einlegeschacht 6,
in dem das noch in Form eines Gutsstrangs vorliegende Schneidgut
mittels einer Vorschubeinrichtung, von der in 3 lediglich
ein als Kolbenplatte ausgebildetes Vorschubelement 7 dargestellt
ist, in Richtung auf die Schneideinrichtung 2 vorgeschoben
wird. In bekannter Weise besteht die Vorschubeinrichtung aus einem über eine
Kolbenstange mit der Kolbenplatte gekoppelten hydraulischen Vorschubzylinder,
der von einer Hydraulikpumpe, die wiederum von einem über einen
Frequenzumrichter angesteuerten Elektromotor angetrieben wird, mit
Drucköl
versorgt wird. Der Hub des sich auf einer Rückseite 8 des Einlegeschachts
anschließenden
Vorschubzylinders übersteigt
die in Vorschubrichtung 4 gemessene Länge des Einlegeschachts 6 geringfügig, um
dessen Länge
voll ausnutzen zu können.
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Der
an seiner Oberseite 9 offen ausgebildete Einlegeschacht 6 wird über einen
sich über
den Einlegeschacht 6 angeordneten Befülltrichter 10 mit Schneidgut
befüllt,
wobei sich in dem eine große
vertikale Höhe
aufweisenden Befülltrichter 10 (in
der Darstellung gemäß 3 ist
der obere Teil des Befülltrichters 10 abgeschnitten)
in gestapelter Anordnung eine Mehrzahl von Gutssträngen, d.
h. Käseblöcken, befinden,
um über
einen längeren
Zeitpunkt einen automatischen Schneidbetrieb ohne manuelle Eingriffe
durchführen
zu können.
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Nach
einem Zurückfahren
des Vorschubelements 7, in dessen Ausgangsstellung ein
nächster Käseblock
in den Einlegeschacht 6 nachrutscht, wird dessen Oberseite 9 durch
ein platten förmiges,
quer zur Vorschubrichtung bewegliches, Trennmesser 11 verschlossen.
Das Trennmesser 11 ist an seiner Vorderseite mit einer
sich über
dessen gesamte Länge erstreckende
Schneide 12 versehen, die mit einer gehäusefest angeordneten Gegenschneide 13 an
der gegenüberliegenden
Längsseite
des Einlegeschachts 6 zusammenwirkt und beim Zufahren des mittels
eines nicht dargestellten Hydraulikzylinders betätigten Trennmessers 11 sicherstellt,
dass über den
Querschnitt des Einlegeschachts 6 hinausragendes Schneidgut
abgetrennt wird und oberhalb des Trennmessers 11 in dem
Befülltrichter 10 verbleibt. Während des
Schneidvorgangs ist das Trennmesser 11 stets in geschlossener
Stellung und verhindert somit, dass beim Aufbau des Vorschubdrucks
Schneidgut aus dem Einlegeschacht 6 nach oben in den Befülltrichter 10 ausweichen
kann.
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Um
eventuelle Stockungen beim Nachrutschen bevorrateter Käseblöcke aus
dem Befülltrichter 10 zu
vermeiden und einen vollautomatischen Betrieb zu gewährleisten
ist in einer Seitenwand 14 des Befülltrichters 10 ein
bewegliches Wandelement 15 angeordnet, das um eine Achse 16 drehbar
gelagert und mittels eines weitern Hydraulikzylinders 17 um einen
gewissen Winkel hin und her schwenkbar ist, um im Falle eines Klemmens
von Käseblöcken ein Losrütteln zu
erreichen.
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Die
Gattermessereinrichtung 3 besteht aus einem ersten Satz
parallel zueinander verlaufender und vertikal ausgerichteter Messer
und einem zweiten Satz gleichfalls parallel zueinander angeordneter, jedoch
horizontal verlaufender Messer, die dafür sorgen, dass das Schneidgut
nach Durchtritt durch die Gattermessereinrichtung 3 in
Streifenform vorliegt, wobei die Streifen parallel zur Vorschubrichtung 4 verlaufen.
Bei der zum Würfeln
von Käse
vorgesehenen Vorrichtung 1 sind die Gattermesser nicht
bewegt, sondern stehen während
des Vorschiebens des Schneidgutes still, da die Reibung zwischen
dem Schneidgut und den Messern bei bewegten Gattermessern zu groß wäre. Es liegt
jedoch gleichfalls im Rahmen der Erfindung, dass die Gattermessereinrichtung
mit oszillierend in deren Längsrichtung
bewegten Messern ausgestattet ist, wenn beispielsweise andere Scheidgüter als
Käse gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
geschnitten werden sollen.
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Eine
spiralförmig
verlaufende Schneidkante 18 des Abschneidemessers 5 verläuft in einer Schneidebene 19,
wie sie durch die Rückseite
der Messer der Gattermessereinrichtung 3 definiert ist. Das
Schneidgut ist daher bis in die Schneidebene 19 durch die
Gattermesser in Richtungen senkrecht zur Vorschubeinrichtung 4 geführt, um
Querverschiebungen zu vermeiden.
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Des
Weiteren ist die Vorrichtung 1 mit einer Messeinrichtung 20 in
Form eines aus dem Stand der Technik bekannten Laser-Abstandsmessers
ausgestattet. Die Messeinrichtung 20 sendet einen schematisch
dargestellten Laserstrahl 21 aus, der unter einem Winkel
von 90° auf
den Austrittsquerschnitt der Gattermessereinrichtung 3 gerichtet
ist und dort auf ein von benachbarten horizontalen sowie vertikalen
Gattermessern begrenztes Feld trifft, aus dem zwischen zwei aufeinander
folgenden Abschneidevorgängen
das mittels der Vorschubeinrichtung geförderte und dort in Streifenform
vorliegende Schneidgut austritt. Die Messeinrichtung 20 ist über nicht
näher dargestellte
Leitungen mit einer Auswerte- und Steuereinrichtung verbunden, die
gleichfalls Einfluss auf die Ansteuerung des Antriebs des Abschneidemessers 5 sowie
des Antriebs der Hydraulikpumpe für die Vorschubeinrichtung nimmt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
läuft bei der
vorstehend beschriebenen Vorrichtung 1 wie folgt ab:
Vor
dem Start des Schneidvorgangs wird zunächst eine Soll-Abschnittslänge des
fertig geschnittenen Endprodukts festgelegt. Typischerweise werden
geometrisch möglichst
exakte Würfel
hergestellt, so dass die Austrittslänge der von der Gattermessereinrichtung 3 geschnittenen
Streifen zum Zeitpunkt des Abschneidevorgangs dem Seitenmaß des Querschnitts der
Streifen entspricht. Beträgt
somit die Gatterweite beispielsweise 10 mm × 10 mm, so sollen die aus dem
Messergatter austretenden Streifen in dem Moment abgeschnitten werden,
in dem ihre vordere Stirnfläche
um 10 mm über
die Schneidebene 19 vorsteht.
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Des
Weiteren wird in Abhängigkeit
von der Sorte, d. h. den physikalischen Eigenschaften (Härte, Reibungswerte,
Temperatur etc.), des Schneidguts sowie der Gattergröße (kleine
Gatterweiten führen durch
die größere Messeranzahl
zu einer deutlichen Erhöhung
des Vorschub-Widerstandes)
ein optimale Vorschubgeschwindigkeit ausgewählt. Die Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubelements wird während
des gesamten Aufschneidevorgangs konstant gehalten. Alternativ kann
auch der Druck im hydraulischen System der Vorschubeinrichtung,
der mit dem Druck in dem Einlegeschacht, d. h. in dem Gutsstrang
korrespondiert, konstant (d. h. maximal zulässig) gehalten werden, um stets
die maximal mögliche Vorschubgeschwindigkeit
und damit auch die maximale Schneidleistung zu erzielen.
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Nach
Ingangsetzung der Vorschubeinrichtung wird mit Hilfe der Messeinrichtung 20 ständig der
Abstand zwischen der vorderen Stirnfläche des als repräsentativ
angesetzten Streifens in dem überwachten
Feld und der Messeinrichtung 20 gemessen. Aus dem Abstand
der vorderen Stirnfläche
von der Messeinrichtung 20 ergibt sich aufgrund des bekannten
Abstands der Messeinrichtung 20 von der Schneidebene 19 durch
Differenzbildung unmittelbar das Längenmaß, um das die vorderer Stirnfläche der austretenden
Streifen über
die Schneidebene 19 vorsteht, d. h. das Maß der in
Vorschubrichtung 4 verlaufenden Kanten des erzeugten Schneidgutwürfels.
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Der
Abschneidevorgang wird dabei nicht erst in dem Moment ausgelöst, wenn
die vorstehende Länge
der noch mit dem restlichen Gutsstrang verbundenen und über die
Gattermessereinrichtung 3 vorstehenden Streifen das Sollmaß erreicht
hat, sondern bereits zu einem gewissen Zeitpunkt zuvor. Das Abschneidemesser
befindet sich zu diesem Zeitpunkt nämlich in der Regel nicht gerade
am Eintritt in den Gatterquerschnitt, sondern besitzt hiervon noch einen
gewissen Abstand. Zu diesem Zweck wird von der Messeinrichtung 20 nicht
nur das Längenmaß des Überstandes
des in einem nächsten
Schritt abzuschneidenden Würfels
bestimmt, sondern auch die aktuelle Vorschubgeschwindigkeit des
Schneidguts am Austritt aus der Gattermessereinrichtung 3.
Aufgrund der elastischen Eigenschaften des Schneidguts und der Inhomogenitäten des
Schneidguts in Längsrichtung
des Gutsstrangs betrachtetet sowie aufgrund statistischer Schwankungen
(reibungsbedingtes Anhaften und Wiederlosbrechen des Schneidguts
an den Wandungen des Einlegeschachts) ist die Vorschubgeschwindigkeit
nicht über den
gesamten Aufschneideprozesses eines Gutsstrangs konstant, sondern
schwankt um einen Mittelwert, der der eingestellten Vorschubgeschwindigkeit der
den Gutsstrang vorschiebenden Kolbenplatte entspricht.
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Für die Erzielung
eines optimalen Schneidergebnisses, d. h. einer bestmöglichen
Geometriegenauigkeit der erzeugten Würfel, insbesondere im Hinblick
auf deren beim Abschneiden festgelegten "dritten" Kantenlänge ist die Erfassung des tatsächlichen
Längenmaßes, um
das die Streifen über
die Schneidebene 19 vorstehen, sehr wichtig. Wenn zusätzlich die
Geschwindigkeit der vorderen Stirnseite der austretenden Streifen
erfasst wird, kann das Abschneidemesser 5 in Abhängigkeit
von dessen aktueller Winkelposition sowie Winkelgeschwindigkeit von
der Steuerungseinrichtung so angesteuert werden, dass es genau zu
dem Zeitpunkt die Würfel
abtrennt, wenn das Sollmaß der
dritten Kantenlänge
erreicht ist. Das Abschneidemesser 5 vollführt dabei bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine typischerweise ungleichförmige
Bewegung, da vor Initiierung des jeweils nächsten Abschneidevorgangs,
d. h. vor Eintritt der Schneidkante in den Querschnitt der Gattermessereinrichtung 3, eine Änderung
der Winkelgeschwindigkeit – sei
es eine Beschleunigung oder Verzögerung – erfolgen
muss, um den richtigen Abschneidezeitpunkt zu erzielen. Dabei soll
bei der erfindungsgemäßen Betrachtungsweise
davon ausgegangen werden, dass sämtliche
Streifen gleichzeitig abgeschnitten werden, d. h. der gesamte Schneidgutquerschnitt
zur gleichen Zeit von dem Abschneidemesser 5 überstrichen
wird, was in erster Nährung bei
der im Verhältnis
zur Vorschubgeschwindigkeit sehr viel größeren Umfangsgeschwindigkeit
des Abschneidemessers eine kaum nennenswerte Ungenauigkeit erzeugt.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Schneideinrichtung
- 3
- Gattermessereinrichtung
- 4
- Vorschubrichtung
- 5
- Abschneidemesser
- 6
- Einlegeschacht
- 7
- Vorschubelement
- 8
- Rückseite
- 9
- Oberseite
- 10
- Befülltrichter
- 11
- Trennmesser
- 12
- Schneide
- 13
- Gegenschneide
- 14
- Seitenwand
- 15
- Wandelement
- 16
- Achse
- 17
- Hydraulikzylinder
- 18
- Schneidkante
- 19
- Schneidebene
- 20
- Messeinrichtung
- 21
- Laserstrahl