-
Bezug auf verwandte Anmeldungen
-
Diese
Anmeldung beansprucht den Zeitrang der US-Provisional-Patentanmeldung
No. 60/911,453, eingereicht am 12. April 2007, die hier durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit eingebunden ist.
-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Messerklingen
und insbesondere auf Messerklingen, die aus zwei oder mehreren unterschiedlichen
Materialien aufgebaut ist.
-
Hintergrund
-
Messer
werden als Werkzeuge in unzähligen Industrien und Anwendungen
verwendet und sind in einer großen Anzahl von Formen, Größen
und Konfigurationen verfügbar. Die meisten Messer teilen
jedoch einige gemeinsame Eigenschaften. Typischerweise beinhalten
Messer eine Klinge, normalerweise aus Metall, mit einer geschärften
Kante, und einen Griff, an den die Klinge angebracht ist und durch
den der Benutzer das Messer ergreifen kann. Höherwertigere
Messerklingen sind im Allgemeinen durch ihre Fähigkeit
gekennzeichnet, eine Kante aufzunehmen und sie für längere
Verwendungszeiträume zu halten. Ein Messer, das seine Kante
schnell verliert und oft geschärft werden muss, ist von
begrenztem Nutzen, außer für den reinen Freizeitnutzer.
Entsprechend werden kontinuierliche und anhaltende Anstrengungen
unternommen, neue und bessere Materialien und Behandlungen zu entwickeln,
um die Qualität der Messerklingen zu verbessern und Messer
zu produzieren, die zu einer feineren Kante geschärft werden können
und diese Kante erhalten.
-
Die
Aufrechterhaltung der Kante ist generell eine Frage der Kantengeometrie
und der Materialhärte. Auch wenn es einige Nichtstahl-,
und sogar nicht-metallische Messerklingen gibt, sind die meisten
Klingen aus Stahl und zunehmend aus rostfreiem Stahl. Um einen hohen
Härtegrad zu erzielen, härten Messerhersteller
den Stahl, aus dem ihre Klingen hergestellt werden, normalerweise
durch Wärmebehandlung. Allerdings liegt eine mehr oder
weniger direkte Beziehung zwischen dem Härten einer bestimmten
Legierung und der Sprödigkeit vor, so dass eine Messerklinge,
die einen sehr hohen Härtegrad aufweist, im Allgemeinen
einfacher zerbrechlich ist als andere Messer. In den vergangenen
Jahren konnten durch Fortschritte in der Metallurgie Stahllegierungen
produziert werden, die an sich schon härter als die allgemein
verwendeten Legierungen sind und die zu einem deutlich höheren
Grad weiter gehärtet werden können als andere
im Allgemeinen verwendete Klingenstähle, allerdings können
diese neuen und spezialisierten Legierungen deutlich teurer sein, und
die Messer, die aus diesen Stählen hergestellt sind, welche
voll gehärtet sind, um deren einzigartige Eigenschaften
auszunutzen, neigen oft zu versehentlichen Zerbrechen. Daher müssen
Messerhersteller einen Kompromiss zwischen Härte und Zähigkeit
finden. Abhängig von der beabsichtigten Anwendung des Messers
oder dem anvisierten Markt kann ein Messer mit einer härteren,
langlebigeren Kante wichtiger sein als die weniger teuren, haltbareren
Messer.
-
Dies
ist insbesondere der Fall für bestimmte höherwertigere
Klappmesser und Messer, welche für professionelle Küchenmeister
und andere angefertigt werden, die Lebensmittel zubereiten, und
welche ständig in Gebrauch sind.
-
Im
Fall von sehr hochwertigen handgefertigten Messern kann der Schmied
nach dem Härten der Klinge diese einer weiteren Wärmebehandlung
unterziehen, die so gestaltet ist, um die Härte aus dem hinteren
Stück oder dem Rücken der Klinge zu entfernen,
während die Kante hart bleibt. Das führt zu einer
Klinge mit einem relativ flexibleren Rücken und einer harten
Schneidkante. Der zähere hintere Abschnitt der Klinge trägt
und schützt die zerbrechlichere Schneidkante und reduziert
die Wahrscheinlichkeit, dass die Klinge ausversehen oder katastrophal bricht.
Leider sind derartige Wärmebehandlungsprozesse arbeitsintensiv
und wären unvertretbar teuer, um sie in der Herstellung
von Messern für den Massenmarkt anzuwenden.
-
Messerklingen
werden mit Hilfe einer Anzahl von unterschiedlichen Prozessen hergestellt,
abhängig von einer Vielzahl von Faktoren, inklusive der
Materialien, welche für den Herstellungsprozess verwendet
werden und der gewünschten Qualität des fertigen
Produktes. Feinstanzen ist ein verbreitet angewandter Prozess, der
eine Anzahl von Vorteilen für den Hersteller bietet. Beim
Feinstanzen wird eine Presse verwendet, um Messerklingen von flachen Materialblechen
zu formen. In einem dreistufigen Stanzprozess wird das Material
zuerst in eine Position eingespannt, dann zwischen oberen und unteren Teilen
einer Stanzmatrize gepresst, welche die Messerklinge formt und vom
Ursprungsblech (engl. parent sheet) trennt, und dann wird der fertige
Formling von der Stanzmatrize ausgeworfen. Der Feinstanz-Prozess
produziert einen Messerformling, der sehr wenig zusätzliche
Bearbeitung oder andere Fertigstellungsschritte benötigt.
Drehlöcher und andere Merkmale können in der Klinge
in sehr engen Toleranzen während desselben Prozesses gefertigt
werden und häufig ist das Kantenschleifen der einzige verbleibende
Schritt zum Fertigstellen der Klinge, auch wenn in einigen Fällen
eine geringe Unschärfe auf einer Seite der Klinge verbleibt,
die sehr einfach beseitigt werden kann. Leider ist Feinstanzen nicht für
sehr hartes Material geeignet und viele der Legierungen, welche
für eine Messerklinge besonders geeignet sind, können
nicht feingestanzt werden, da der härtere Stahl schnell
geschwächt wird (engl. degrade) oder die zur Herstellung
der Klingen verwendete Stanzmatrize zerstört. Für
Stähle, die für Feinstanzen zu hart sind, ist
ein computergesteuertes Laserschneiden ein allgemeines Verfahren
zur Herstellung der Klingen aus härterem Stahl, in dem
ein Laser die Umrissform (engl. outline shape) der Klinge nachzeichnet,
um den Formling aus dem Ursprungsblech zu schneiden. Nachdem der
Klingenformling ausgeschnitten ist, wird eine weitere Bearbeitung
ausgeführt, um die Kanten, Drehlöcher und andere
Merkmale der Klinge fertigzustellen. Dieses Verfahren ist bedeutend
zeitaufwendiger und teurer als das Feinstanz-Verfahren, was die
Verwendung von sehr harten Legierungen mit Ausnahme der teuersten
Messer begrenzt.
-
US-Patent Nr. 4,896,424 von
Walker bezieht sich auf Klappmesser mit einer Klinge mit zwei Abschnitten,
in dem ein Abschnitt der Klinge aus Titan hergestellt ist, während
der andere Abschnitt der Klinge, welcher die Klingenkante beinhaltet,
aus einem rostfreien Hartstahl (engl. high-carbon stainless steel)
hergestellt ist. Die Abschnitte werden durch eine fortlaufende Schwalbenschwanz- Verbindung verbunden.
Die Abschnitte werden durch Kabel EDM (electrical discharche machining,
elektroerosive Bearbeitung), wobei die Schwalbenschwänze
für einen Reibschluss geschnitten werden, so dass die Abschnitte
nur durch Zusammenpressen miteinander verbunden werden können,
wie mit einer Dornpresse. Sobald die Abschnitte zusammengepresst
sind, werden sie gestrahlt (engl. peened), d. h. die Verbindung
wird gehämmert, um das Material der Abschnitte zu verformen,
um eine dauerfeste Verbindung zu schaffen.
-
Allerdings
weist das Verfahren von Walker einige Nachteile auf. Erstens ist
EDM ein teures Verfahren für die Massenproduktion, insbesondere
für Teile, die Löcher beinhalten, beispielsweise
der Vorsprung (engl. tang) eines Klappmessers. Zweitens müssen
die Schwalbenschwanz-Kanten der Klingenabschnitte mit sehr engen
Toleranzen gefertigt werden, um ausreichend eng für einen
guten Presssitz zu sein, ohne so fest zu sein, dass sie festlaufen,
was sehr teuer ist. Drittens sind die Presssitz- und Strahlvorgänge
arbeitsintensiv und teuer für eine Massenproduktion.
-
US-Patent 6,70,627 von Korb
et. al. bezieht sich auf eine Gebrauchs-Komposit-Messerklinge mit einer
Schneidkante aus einem Draht eines Werkzeugstahls, welche an einen
hinteren Legierungs-Stahlstreifen (engl. steel backing strip) geschweißt
ist. Ein kontinuierliches Band des hinteren Stahls wird von einer
Spule gerollt und durch EBW (electron beam welding, Elektronenstrahl-Schweißen)
an einen Draht des Werkzeugstahls geschweißt, wenn das
Band und der Draht unter dem Elektronenstrahl hindurch passieren
und wird dann aufgespult. Das resultierende Komposit-Band muss dann
einer Anzahl von zusätzlichen Schritten unterworfen werden,
inklusive Anlassen, Stanzen und Ritzen, Räumen, Wärmebehandeln
und Tempern, Schleifen und Honen (engl. anneal, punch and score, straighten,
heat treat and temper, grind and hone), bevor es schließlich
in separate Klingen getrennt wird. Leider sind diese Verfahren nicht
zur Herstellung von Messerklingen des oben diskutierten Typs geeignet.
-
Kurze Zusammenfassung
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel wird eine Komposit-Messerklinge angegeben,
die ein Schneidstück aus einer ersten Legierung, ein Rückenstück aus
einer zweiten, von der ersten Legierung unterschiedlichen Legierung,
und eine gelötete Verbindung zwischen dem Schneidstück
und dem Rückenstück beinhaltet. Das Schneidstück
und das Rückenstück sind an der Verbindung verfalzt
(engl. interlocked), um zusätzliche mechanische Kraft an
der Verbindung bereitzustellen. Die gelötete Verbindung
beinhaltet ein Lötmaterial wie zum Beispiel Kupfer, Bronze,
Gold, Silber oder Nickel. Das Schneidstück hat einen hohen
Härtewert nach Rockwell im Vergleich zu einer Härte
des hinteren Stücks.
-
Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Herstellen
einer Messerklinge angegeben, welches das Feinstanzen eines ersten
Stücks einer Messerklinge aus einem Blech aus einem ersten
Material, das Laserschneiden eines zweiten Stücks der Messerklinge
aus einem Blech aus einem zweiten Material, welches härter
als das erste Material ist, und Löten des ersten Stücks
auf das zweite Stück zum Herstellen einer Komposit-Klinge
beinhaltet.
-
Detaillierte Beschreibung
der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
-
1 ist
eine seitliche Draufsicht auf ein Klappmesser gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
-
2 bis 6 stellen
Komponenten der Klingen des Messers aus 1 in verschiedenen Stufen
der Herstellung dar;
-
8 bis 11 und 13 zeigen
Klingen von Klappmessern gemäß entsprechenden
Ausführungsbeispielen der Erfindung;
-
12a und 12b sind
Schnittansichten entlang der Linie 12-12 der Klinge aus 11;
-
14 ist
eine seitliche Draufsicht auf eine Klinge eines Festklingenmessers
(engl. fixed blade knife) gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
Detaillierte Beschreibung
-
1 zeigt
ein Klappmesser 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, umfassend ein Griffstück 102 und
eine Komposit-Klinge 110. Die Klinge 110 ist mit
dem Griffstück mittels einer Befestigung 104 gekoppelt
und so eingerichtet, dass sie sich um die Befestigung 104 zwischen
einer geöffneten und geschlossenen Position drehen kann.
Die Klinge 110 beinhaltet ein hinteres Stück 112,
umfassend einen Rücken 111 der Klinge 110 und
ein Schneidstück 114, umfassend die geschärfte Schneidkante 113 der
Klinge. Das hintere Stück und das Schneidstück 112, 114 sind
aus unterschiedlichen Metalllegierungen hergestellt und mit einer
serpentinenartigen Verbindung 132 verbunden. Die Materialien
der hinteren und der Schneidstücke 112, 114 werden
anhand einer Anzahl von Kriterien ausgewählt. Vorzugsweise
ist das hintere Stück 112 aus einer Legierung,
die einen höheren Grad an Zähigkeit aufweist,
so dass es Belastungen tolerieren kann, die zum Beispiel vom Durchbiegen
und scharfen Stößen herrühren. Das hintere
Stück 112 kann zum Beispiel aus allgemein gebräuchlichen
und relativ kostengünstigen Legierungen ausgewählt
werden, welche die gewünschten Eigenschaften aufweisen.
Das Schneidstück 114 wird aus Legierungen gewählt, welche
härter sind oder bis zu einem hohen Grad gehärtet
werden können, um die Schneidkanten-Erhaltung zu verbessern.
So ist zum Beispiel das hintere Stück gemäß einem
Ausführungsbeispiel aus 440A rostfreiem Stahl hergestellt,
während das Schneidstück aus einem härteren
Stahl wie zum Beispiel AST-34, CPM-S30V, VG-10, ZDP-189, D-2, Werkzeugstahl
etc. hergestellt ist.
-
In
Bezug auf 2 bis 6 wird ein
Verfahren zum Herstellen der Komposit-Klinge 110 gemäß einem
Ausführungsbeispiel aus 1 im Detail
diskutiert. 2 zeigt einen Schneidkanten-Formling 116,
aus dem das Schneidstück 114 hergestellt wird. Der
Schneidkanten-Formling 116 wird aus seinem Ausgangsbestand
(engl. parent stock) mit Hilfe eines Hochleistungs-CNC-Lasers (computernumerical control)
ausgeschnitten. Das Schneidstück 116 kann ebenfalls
unter Verwendung anderer geeigneter Verfahren produziert werden,
beispielsweise EDM (electrical discharge machining, elektroerosive
Bearbeitung), Wasserstrahlschneiden, Plasmaschneiden, etc. Der Schneidkanten-Formling 116 ist
mit einer gewundenen oder serpentinenartigen Verbindungskante 118 ausgestattet.
-
3 zeigt
einen hinteren Ausstanzformling 120, aus dem ein hinteres
Stück 112 hergestellt wird. Der Ausstanzformling 120 wird
vorzugsweise mit Hilfe eines Feinstanz-Verfahrens hergestellt und
ist mit einer serpentinenartigen Verbindungskante 122 ausgestattet,
welche so gestaltet ist, dass sie mit der Kante 118 des
Schneidkanten-Formlings 116 verfalzt ist. Der hintere Ausstanzformling
kann ebenfalls mit Hilfe anderer geeigneter Verfahren inklusive
Laser, Wasserstrahl, Plasma etc. hergestellt werden. Der Ausstanzformling 120 ist
mit Merkmalen ausgestattet, die notwendig sind, um die Klinge an
ein Griffstück zu montieren, wie eine Drehöffnung 124,
wie auch mit Merkmalen, welche zum Eingreifen von Verschlusselementen,
wie Anschlagbolzen etc. notwendig sind. Nur die Drehöffnung 124 ist
im Detail gezeigt, und es wird verständlich, dass die Merkmale mit
der besonderen Gestaltung des Messers variieren können.
Zum Beispiel kann eine Klinge für ein Festklingenmesser
einen erweiterten Vorsprung beinhalten, der mit Öffnungen
für Nieten (engl. rivets) ausgestattet ist, wie später
in Bezug auf 14 diskutiert werden wird. Im
Ausführungsbeispiel, welches in den 1 bis 6 dargestellt
ist, ermöglichen die gefalzten serpentinenartigen Profile
der Verbindungskanten 118, 122 des Schneidkanten-Formlings 116 und
des hinteren Ausstanzformlings 120 einen vereinfachten
Zusammenbau, halten die Stücke während eines Verbindungsverfahrens
zusammen und erhöhen die Beanspruchbarkeit des Endproduktes.
Zusätzlich kann die besondere Gestaltung des Falz-Musters
nach ästhetischen Gesichtspunkten ausgewählt werden.
Allerdings ist es nicht notwendig, dass die Kanten mechanisch verfalzt
werden, zum Beispiel können die Verbindungskanten der hinteren
und der Schneidstück-Formlinge so hergestellt werden, dass
sie generell zusammen passen, ohne verfalzt zu werden, beispielsweise
entlang einer im Wesentlichen geraden oder einfach gekrümmten Kurve,
und schlagen für die Verbindung aneinander an.
-
Wie
in 4 gezeigt, sind die serpentinenartigen Verbindungskantenprofile
der hinteren und der Schneidstück-Formlinge 116, 120 mit
einem Gleitsitz (engl. slip fit) hergestellt, so dass sie einfach
von Hand zusammengesetzt werden können, während sie
einen ausreichenden Kontakt für einen geeigneten Fluss
des Lötmaterials aufweisen. Eine Lötpaste wird
auf die Verbindungskanten 118, 122 aufgetragen,
entweder durch Auftragen der Paste auf eine der Kanten 118, 122 vor
dem Zusammenbau, oder durch Platzieren einer kleinen Menge der Lötpaste auf
eine obere Oberfläche der hinteren und der Schneidkanten-Formlinge 116, 120, nachdem
sie zusammengesetzt wurden. Die zusammengesetzten Formlinge werden
in einen Ofen gebracht und vorzugsweise auf eine Temperatur von
ca. 50 F über der Liquidus-Temperatur des Lötmaterials
erwärmt. Zum Beispiel beträgt die Liquidus-Temperatur
von Kupfer ungefähr 1980 F (1082°C), so dass mit
einer Kupfer-Lötpaste die Formlinge auf eine Temperatur
von ca. 2030 F (1110°C) erwärmt werden. Das Kupfer schmilzt
und fließt aufgrund einer Kapillarwirkung in die Verbindung 132,
um die gelötete Verbindung herzustellen, so dass ein Klingenformling 130 produziert wird,
wie in 6 gezeigt. Löten in einem Vakuum-Ofen
unter Partialdruck oder in einer inerten Atmosphäre verhindert
im Allgemeinen einen Fluss in der Paste.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Klingenformling 130 auf
die austenitische Temperatur der Legierung abgekühlt werden,
aus dem der Schneidkanten-Formling 116 hergestellt ist,
auf welcher er für eine kurze Zeit gehalten wird um sich
zu stabilisieren, und kann dann vergütet (engl. quench)
werden, um den Stahl des Schneidkanten-Formlings 116 zu
härten. Nach dem Vergüten kann der Klingenformling 130 wieder
auf eine geeignete Temperatur erwärmt und dort gehalten
werden, um dann langsam abzukühlen, um den Klingenformling 130 zu
tempern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel
ist der hintere Formling aus 440A-rostfreiem Stahl ausgeschnitten,
während der Schneidkanten-Formling aus einem D-2-rostfreien
Stahl ausgeschnitten ist, und sie werden bei ca. 2030 F (1110°C) unter
Verwendung von Kupfer-Lötmaterial verlötet. Der
resultierende Klingenformling wird auf die austenitisierende Temperatur,
ca. 1850 F (1010°C) von D-2-Stahl gekühlt und
auf dieser Temperatur für ca. 30 Minuten gehalten und dann
vergütet. An diesem Punkt hat der D-2-Stahl eine Härte
von ca. 63 Rockwell, ist aber sehr zerbrechlich. Der Formling wird dann
wieder auf die primäre Temper-Temperatur des D-2-Stahls,
ca. 350 F (177°C), erwärmt und für ca. zwei
Stunden auf dieser Temperatur gehalten und dann langsam abgekühlt.
Der Schritt des Wieder-Erwärmens wird mehrere Male wiederholt,
um die Klinge vollständig zu tempern. Nachdem das Tempern abgeschlossen
ist, hat der D-2-Stahl eine Härte im Bereich von 58 bis
62 Rockwell, während der 440A-Stahl eine Härte
von ca. 50 Rockwell aufweist.
-
Die
austenitische Temperatur und das Vergütungs- und Temper-Verfahren
variieren in Abhängigkeit der für die Schneidkante
der Klinge gewählten Materialien und der gewünschten
Härte und Zähigkeit der endgültigen Klinge.
Einige Legierungen können nicht mit Hilfe einer Wärmebehandlung
gehärtet werden, andere benötigen kein schnelles
Vergüten zum Härten, aber werden „durch
die Luft gehärtet", wenn der Stahl langsamer gekühlt
wird. Die für den hinteren Formling 120 und für
die Schneidkante 116 verwendeten Legierungen können
so gewählt werden, dass der hintere Formling 120 während
des Verfahrens nicht härtet, durch welches der Schneidkanten-Formling 116 gehärtet
wird, oder sie können so gewählt werden, dass
der Temper-Prozess deutlich den Umfang der Härte, welche
auf den hinteren Formling 120 aufgeprägt wird,
während des Härteprozesses reduziert wird, wie
in dem oben beschriebenen Beispiel. Das Resultat ist eine differentiell
gehärtete Klinge mit exzellenter Zähigkeit, welche durch
das hintere Stück 112 ausgeübt wird,
sowie eine extrem hohe Kantenerhaltung, die durch das härtere
Schneidkantenstück 112 bereitgestellt wird. 6 zeigt
die Klinge 110 nach einem finalen Schleifen der Schneidkanten
und Polieren.
-
In
einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, einen Anlass-Prozess
(engl. annealing) vor dem Härteschritt durchzuführen,
so dass die Klinge anstatt dem Vergüten oder unkontrolliertem
Kühlen ausgehend von der austenitischen Temperatur einem
langsamen Abkühlungsprozess ausgesetzt wird. Wenn nötig, kann
die Klinge zum Härten nach dem Anlass-Schritt wieder erwärmt
werden.
-
Im
Ausführungsbeispiel, welches in den 1 bis 6 dargestellt
ist, ist ersichtlich, dass der hintere Formling 120 in
der endgültigen Klinge 110 weitgehend unverändert
bleibt, mit Ausnahme eines Abschnitts, welcher an das Schneidstück 114 angrenzt
und durch Schleifen und Polieren beseitigt wird. Der Feinstanz-Prozess,
der zum Herstellen des hinteren Formlings 120 angewendet
wird, macht den Endbearbeitungs-Prozess im Allgemeinen überflüssig,
der für den Fall einer lasergeschnittenen Klinge notwendig
wäre, so dass der Hersteller von der Ökonomie
des Feinstanz-Prozesses profitiert, während eine Klinge
hergestellt wird, die Schneidkanten-Qualitäten des härteren
Stahls des Schneidstücks 114 aufweist. Weiterhin
macht das Schneidstück 114 nur einen kleinen Bruchteil
des gesamten verwendeten Materials aus, um die Klinge 110 herzustellen.
Dies ist vorteilhaft, da viele Legierungen, welche die gewünschten
Schneidkanten- Eigenschaften aufweisen, deutlich teurer sind als
die konventionelleren Legierungen, die für das hintere
Stück 112 geeignet sind. Während in dem
Ausführungsbeispiel, welches in den 1 bis 6 gezeigt
ist, das Schneidstück 114 eine gewisse Distanz über
die Breite der Klinge hinausgeht, kann der oben beschriebene Prozess einfach
angewendet werden, um deutlich schmalere Schneidstücke
mit dem hinteren Stück zu verbinden, so dass die eigentliche
Schneidkante ein verschwindend kleiner Teil der Klinge ist.
-
Ein
anderer Vorteil des oben beschriebenen Verfahrens ist, dass durch
Herstellen der Verbindungskanten 118, 122 des
hinteren und des Schneidkanten-Formlings 118, 122 zum
Gleitsitz-Zusammenbau die Massenproduktion der Klinge 110 vereinfacht wird.
Der Lötprozess füllt leicht die resultierende schmale
Lücke.
-
Wie
diagrammartig in 7 dargestellt, wird ein Laser 50 des
Typs, welcher zum Schneiden von Teilen wie für Messerklingen
verwendet wird, üblicherweise über einen Tiegel 54 positioniert,
auf dem ein Ausgangsbestand 56 angeordnet wird. Der Laser 50,
der Tiegel 54 oder eine Kombination von beiden, werden
unter Computersteuerung relativ zueinander so bewegt, dass der Laser
den Umriss der zu schneidenden Form nachfährt. Die Wärme
des Lasers schmilzt oder verdampft das Metall, während
er sich bewegt, und lässt einen Schnitt von variierender
Breite zurück, abhängig von der Geschwindigkeit
der Relativbewegung, vom Abstand des Lasers 50 vom Material 56,
vom Winkel des Schnitts durch das Material, der Schwächung
oder der Verdeckung (engl. occlusion) des Schneidstrahls durch Dampf
und vom Material, welches aus dem Schnitt ausgeworfen wird, und von
anderen Faktoren. Als ein Resultat ist die Kante des Teils nicht
genau einheitlich oder glatt und benötigt im Allgemeinen
einige Bearbeitung wie Fräsen, Schleifen oder dergleichen
zum Fertigstellen und um sie auf akzeptable Toleranzen zur Verwendung
in einem Endprodukt zu bringen.
-
Als
ein Resultat davon, zumindest im Hinblick auf Hochgeschwindigkeits-Vorgänge,
welche für ein ökonomisches Produktionsschneiden
von Messerklingen verwendet werden, wird eine lasergeschnittenes
Klinge als ein provisorisches Produkt aufgefasst und kann nicht
als eine Komponente in einem Messer verbaut werden, sofern keine
weitere Bearbeitung oder Glättung vorgenommen wurde.
-
In
einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung sind sowohl
das hintere Stück als auch das Schneidstück lasergeschnitten.
Ohne weitere Bearbeitung, Fräsen oder Schleifen werden
die beiden Teile miteinander verbunden, um eine Messerklinge herzustellen,
welche dann fertiggestellt wird, als wäre sie als ein einziges
Teil geschnitten worden. In einem anderen Ausführungsbeispiel
ist das Schneidstück lasergeschnitten und das hintere Stück
ist feingestanzt oder geprägt (engl. stamped). Die beiden
Teile werden dann gemäß den Prinzipien dieser
Erfindung ohne weitere Bearbeitung, Fräsen oder Schleifen
der verbindenden Kanten jedes Teils miteinander verbunden. Dies
ist unerwartet, da die beiden Teile durch sehr verschiedene Prozesse
hergestellt wurden und verschiedene Toleranzen sowie verschiedene
Zurichtungen (engl. finishes) an ihren verbindenden Kanten aufweisen.
Dies ermöglicht wesentliche Kosten- und Zeitersparnisse,
da mit dieser Erfindung ein lasergeschnittenes Teil nicht mehr den
zuvor notwendigen Bearbeitungs- oder Frässchritten unterzogen
werden muss, bevor es als eine Komponente des Messers verbunden
wird. Die Einsparungen sind sogar größer, da es
möglich ist, die verbindenden Kanten des Laserteils in
jeder gewünschten Form oder Länge zu fertigen,
ohne die Bedingungen von Nach-Laser-Bearbeitungs- oder Frässchritten
berücksichtigen zu müssen. Daher kann die Verbindungskante
des lasergeschnittenen Teils serpentinenartig gefertigt werden mit
jedem Hinterschnitt, Kehrschnitt (engl. reverse cut), Biegungen
oder jede Form, die ein computergesteuerter Laser über
die Oberfläche ohne Rücksicht darauf nachfahren
kann, ob ein Bearbeitungswerkzeug in der Lage ist, später diesen
Spuren folgen zu können. Einige Formen, welche nicht bearbeitet
werden konnten oder Formen, die teuer und zeitaufwendig zu bearbeiten
wären, können jetzt im Endprodukt verwendet werden, was
zuvor nicht praktikabel und in einigen Fällen nicht möglich
war.
-
Die
Gestaltung und Form der Verbindung kann daher auf Basis von vorgesehener
Stärke, Ästhetik und anderen Merkmalen ausgewählt
werden, ohne auf die Fähigkeit, das Stück anfänglich
oder sogar nach einem Laserschnitt zu bearbeiten, achten zu müssen.
-
Daher
wurden sowohl die hinteren als auch die Schneidstücke in
einem Ausführungsbeispiel mit einem industriellen CNC-gesteuerten
Laser, wie oben beschrieben, geschnitten. In anderen Ausführungsbeispielen
wird ein Teil durch Feinstanzen oder Prägen und das andere
Teil durch eine andere Technik, wie Laser, EBM, Ionenfräsen
(engl. ion milling) Plasmaschneiden und dergleichen hergestellt.
-
In
Tests, die vom Erfinder durchgeführt wurden, zeigten Komposit-Klingen,
die im Wesentlichen wie oben beschrieben hergestellt wurden, überlegene
Eigenschaften bezüglich Stärke und Zähigkeit, und
die Verbindungen stellten sich als stärker als das Stahl
der Klingen heraus, so dass Bemühungen, die Teile zu trennen,
unvermeidlich zu einem Verbiegen oder zum Bruch der Teile führten,
anstatt sie an der Verbindung zu trennen. Es wird vermutet, dass
dies zumindest teilweise auf die große Kontakt-Oberfläche
der Verbindung und auf die Tatsache zurückzuführen
ist, dass aufgrund der serpentinenartigen Form keine einzige Linie
vorhanden ist, entlang welcher mehr als ein kleiner Abschnitt der
Verbindung konzentrierter Belastung ausgesetzt werden kann.
-
Die
Lötpaste kann kupferbasiert sein, wie oben beschrieben,
oder sie kann mit einem weiten Bereich von Materialien, inklusive
zum Beispiel Bronze, Nickel, Silber, Gold etc. formuliert werden.
Nachdem die Klinge poliert wurde, äußert sich
die Verbindung 132, wenn überhaupt, als eine dünne
Haarlinie auf der Klinge. Das Lötmaterial kann so gewählt
werden, um die Sichtbarkeit der Verbindung 132 zu minimieren
oder zu erhöhen. Zum Beispiel zeigt sich eine Kupfer-Lötung
als eine dünne rötliche Linie, während eine
nickelbasierte Lötung eine Farbe aufweist, welche rostfreien
Stählen sehr nahe kommt. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel wird die Klinge einem Sandstrahlen,
Kugelstrahlen und/oder einem Ätzen ausgesetzt. Solche Behandlungen
werden unterschiedlich auf die verschiedenen Legierungen der hinteren
und der Schneidstücke 112, 114 einwirken und
die jeweiligen Erscheinungen verändern. Zum Beispiel kann
Sandstrahlen und Kugelstrahlen mit einer Kraft angewendet werden,
die ausreicht, eine Textur auf die Oberfläche des relativ
duktileren hinteren Stück hinzuzufügen, ohne die
härtere Oberfläche des Schneidstücks 114 zu
beeinflussen oder es kann mit ei ner höheren Kraft angewendet
werden, um beide Stücke zu strukturieren. Die Klinge kann
ebenfalls chemisch geätzt werden, um die Oberflächen-Textur oder
Farbe eines oder beider Stücke oder des Lötmaterials
zu ändern, abhängig von den spezifischen Legierungen
der Klinge und der verwendeten Chemikalien.
-
Die
Lötkomponente kann ebenfalls so ausgewählt werden,
um spezifische Anforderungen der für die Klinge ausgewählten
Materialien zu erfüllen. Zum Beispiel haben einige Stahllegierungen
eine austenitische Temperatur im Bereich von 2100 F (1148°C).
Falls solch eine Legierung unter Verwendung der oben beschriebenen
Lötpaste gelötet und später wärmegehärtet
würde, würde das Kupferlot bei der höheren
austenitischen Temperatur aus der Verbindung fließen. Um
derartige Probleme zu vermeiden, könnte der Schneidkanten-Formling
vor dem Lötschritt gehärtet werden, allerdings
wäre es ein ökonomischerer Prozess, eine Nickel-Lötpaste
zu verwenden, deren Liquidus-Temperatur ungefähr 2200 F
(1205°C) beträgt, so dass das Löten und
das Härten im selben Wärmeschritt ausgeführt
werden kann.
-
Die
Prinzipien dieser Erfindung sind oben in Bezug auf eine Klinge mit
zwei unterschiedlichen Legierungen beschrieben worden. Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel können drei oder mehrere Stücke
mit unterschiedlichen Eigenschaften miteinander verbunden werden,
um eine Komposit-Klinge herzustellen. 8 zeigt
eine Klinge 310 mit einem hinteren Stück 312,
ein Schneidstück 114, und ein Drehstück 340,
das in einem Vorsprung der Klinge 310 positioniert ist.
Die hinteren und die Schneidkanten-Stücke 312 und 314 sind
im Wesentlichen wie in Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben,
während das Drehstück 340 aus einem Bronzematerial
mit niedriger Reibung hergestellt ist und die Drehöffnung 124 beinhaltet.
Das Bronzematerial des Drehstücks 340 nimmt den
Klemmdruck (engl. clamping pressure) der Drehverbindung auf und
erlaubt die Drehung der Klinge mit deutlich reduzierter Reibung,
so dass die Notwendigkeit der Verwendung einer Hülse im Drehmechanismus
entfällt, so dass der Zusammenbau des fertigen Messers
vereinfacht wird. Das Bronze-Drehstück 340 kann
feingestanzt werden oder durch jedes andere geeignete Verfahren
hergestellt werden, um das hintere Stück entlang einer
Verbindung 340 in Eingriff zu bringen.
-
9 zeigt
ein Ausführungsbeispiel, in dem eine Messerklinge 410 ein
hinteres Stück 412 einer ersten Legierung, ein
Schneidstück 414 einer zweiten Legierung und Verzahnungszapfen 442 (engl. serration
plugs) einer dritten Legierung beinhaltet. Die Klinge beinhaltet
auch einen Drehkanal 426, der in einen Anschlagbolzen im
zusammengesetzten Messer eingreift, um den Umfang der Bewegung zwischen
den geöffneten und der geschlossenen Positionen der Klinge 410 zu
begrenzen. Gezahnte oder teilweise gezahnte Messer sind für
viele Anwendungen beliebt. Im Allgemeinen sind gezahnte Klingen schwieriger
zu schärfen als nicht gezahnte Klingen, und sie tendieren
dazu, sehr schnell entlang der äußersten Schneidkante
der Verzahnungen stumpf zu werden. Im Ausführungsbeispiel
aus 8, sind das hintere Stück 412 und
das Schneidstück 414 im Wesentlichen so gefertigt,
wie oben beschrieben. Weiterhin sind die Verzahnungszapfen 442 aus
einer Legierung gefertigt, die eine Härte aufweist, die
so hoch wäre, dass sie aufgrund der Sprödigkeit
nicht für die zuvor beschriebenen Schneidstücke
geeignet wäre, allerdings ist sie für kleine Zapfen
aufgrund ihrer hohen Härte und der Schneidkanten-Erhaltung
vorteilhaft.
-
10 zeigt
eine Messerklinge 510 mit einem komplexen und phantasievollen
Design. Die Klinge 510 beinhaltet ein hinteres Stück 512 und
ein erstes und ein zweites Schneidstück 514, 515,
welche jeweils mit den Verbindungen 532 und 534 verbunden
sind. Die Klinge 510 mit ihrer komplexen Form und feinem
Detail kann durch Feinstanzen des hinteren Stücks 512 ökonomisch
hergestellt werden, während sie dennoch die gewünschten
Eigenschaften des härteren Legierungs-Schneidstücks 514, 515 bereitstellt.
Weiterhin können das erste und das zweite Schneidstück 514, 515 selbst
aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden, um so Schneidkanten
bereitzustellen, die unterschiedliche Härten und Aussehen
haben.
-
11 zeigt
eine fertiggestellte Messerklinge 610 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Klinge 610 beinhaltet
ein hinteres Stück 612, welches einen Rücken 111 beinhaltet,
und ein Schneidstück 614, welches eine geschärfte
Kante 113 beinhaltet und an einer Verbindung 632 verbunden
ist, die eine serpentinenartige Form hat. 12a ist
eine Querschnittsansicht der Klinge 630 aus 11 entlang
der Linien 12-12, wobei die Verbindung 632 die Ebene des
Querschnitts 12-12 bei 623 schneidet. Am weitesten Punkt
T1 hat das hintere Stück 612 eine Dicke von ca.
0.125'' (0,31 cm), während das Schneidstück 614 an
seinem weitesten Punkt T2 eine Dicke von ca. 0.042'' (0,1 cm) aufweist.
-
12b zeigt einen Querschnitt eines Klingenformlings 630,
aus dem die Klinge 610 hergestellt ist, entlang der selben
Ebene im Formling 630 gesehen, die durch die Linien 12-12
in der Klinge 610 in 10 definiert
wird. Der Klingenformling 630 beinhaltet einen hinteren
Formling 620 und ein verbundener Schneidkanten-Formling 616,
in 11b bei 623 verbunden. Die gestrichelte
Linien in 12b zeigen das Profil, welches
die Klinge 610 nach den Schleif- und den Polierschritten
annehmen wird, wie in 12a dargestellt.
Es wird in Bezug auf die 12a und 12b deutlich, dass es nicht notwendig ist, den
Schneidkanten-Formling 616 mit einer Dicke auszustatten,
die gleich der Dicke des hinteren Formlings 620 ist. Entsprechend
wird das hintere Stück 620 im Wesentlichen auf
die endgültige Dicke von 0.125'' (0,31 cm) feingestanzt,
während der Schneidkanten-Formling 616 aus einem
dünneren Ausgangsbestand ausgeschnitten wird, welches zum Beispiel
eine Dicke von ca. 0.45'' (1,15 cm) aufweist. Die Verwendung von
dünneren Ursprungsvorräten reduziert die Materialkosten
für den Hersteller und daher auch die Herstellungskosten,
da weniger Material im Schleif-Schritt beseitigt werden muss. Weiterhin
ist es möglich, den hinteren Formling im Wesentlichen auf
sein endgültiges, in 11a gezeigtes Profil
feinzustanzen, so dass nur der Schneidkanten-Formling 616 wesentlich
geschliffen werden muss.
-
13 zeigt
eine Klinge gemäß einem Ausführungsbeispiel
mit einem hinteren Stück 712 und einem Schneidstück 714.
Die Kante 722 des hinteren Stücks 712 hat
eine Form, die zu der Kante 718 des Schneidstücks
nur abschnittsweise passt und in diese eingreift, so dass die Verbindung 732 nicht
durchgängig ist, was in einer Vielzahl von Öffnungen 728 in der
endgültigen Klinge 710 resultiert. Derartige Öffnungen
können aufgrund von Gewichts- oder Design-Überlegungen
bereitgestellt werden und werden als ein Resultat der relativen
Formen der Kanten 722, 718 des hinteren und des
Schneidstücks 712, 714, respektive, hergestellt.
-
Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel werden Öffnungen durch
die Klinge hergestellt, die voll innerhalb des hinteren Stücks
sind, so dass die endgültige Klinge Öffnungen
aufweist, während die Verbindung durchgängig ist.
-
14 zeigt
eine Klinge 810 eines Festklingenmessers, welches für
die Verwendung in der Lebensmittelzubereitung konfiguriert ist.
Die Klinge 810 beinhaltet ein hinteres Stück 812 und
ein Schneidstück 814, welche miteinander an der
gelöteten Verbindung 832 verbunden sind, wie es
in Bezug auf die Ausführungsbeispiele der 1 bis 6 beschrieben
wurde. Es ist ein voller Vorsprung 816 mit Öffnungen 806 vorgesehen,
um die Verschlüsse aufzunehmen, die Griffskalen (engl.
handle scales) auf gegenüberliegenden Seiten des Vorsprungs
fixieren. Die Vorteile, welche durch die zweiteilige Klinge 810 erreicht
werden, sind insbesondere für Küchenmesser vorteilhaft.
Professionelle Küchenmeister benötigen sehr scharfe
Messer, die sie dauerhaft verwenden. Viele bevorzugen es, sie professionell
schärfen zu lassen, was einen beträchtlichen Kostenaufwand für
Küchenchefs darstellt, die routinemäßig
eine Vielzahl von verschiedenen Messern verwenden. Solche Messer-Benutzer
können einen hohen Geldbetrag dafür ausgeben,
Messer mit sehr harten, langlebigen Schneidkanten zu erlangen, nicht
nur aufgrund der Kosten für das Schärfen, sondern
auch für die Unannehmlichkeit und die Frustration, die
sie erfahren, wenn sie es für nötig erachten,
ein Messer mit einer mangelhaften Schneidkante so lange zu verwenden, bis
dass sie wieder geschärft werden kann. Weiterhin kann die
belastende Verwendung, die derartige Messer in der Küche
ausgesetzt sind, sowie die Tatsache, dass viele derartiger Messer
sehr lang und schmal sind, diese besonders bruchempfindlich machen.
Daher hilft ein Küchenmesser, welches gemäß den
offenbarten Ausführungsbeispielen hergestellt ist und welches
eine härtere Schneidkante und eine zähere Gesamtklinge
bietet, beide dieser Kernpunkte, die von hoher Wichtigkeit für
diejenigen sind, die derartige Messer verwenden, zu reduzieren.
-
Eine
Vielzahl von Ausführungsbeispielen sind beschreiben worden,
in welchen separate Teile miteinander unter Verwendung eines Lötprozesses verbunden
werden. Auch wenn dies ein bevorzugtes Verfahren ist, können
andere Verbindungsverfahren ebenfalls angewendet werden, inklusive
EBW und HIP-Plattieren (hot isostatic press cladding, Heißisostatpressen-Plattieren).
Der Lötprozess bietet eine Anzahl von Vorteilen gegenüber
diesen und anderen Verbindungsverfah ren: die Formlinge können
im selben Wärmeprozess wärmebehandelt oder angelassen
werden, der zum Löten der Stücke verwendet wird;
eine hohe Anzahl von Klingenformlingen kann gleichzeitig in einem
Ofen gelötet werden, während EBW ein CNC-gesteuertes
System benötigen würde, um jede Klinge einzeln
zu schweißen, was zeitaufwendiger und teurer wäre,
während der HIP-Plattierungsprozess eine spezielle Druckkammer
benötigt, die sehr groß im Verhältnis
zu der Größe des Arbeitsraums im Inneren ist,
und eine spezielle Behandlung und Handhabung der Formlinge für
ihre Vorbereitung auf den Prozess benötigt.
-
Es
existiert eine Anzahl von Begriffen, welche für die Beschreibung
der Eigenschaften der Messerklingen und des Stahls, von dem sie
hergestellt sind, verwendet wird. Diese beinhaltet Härte,
die relative Fähigkeit eines Materials, plastische Deformation
zu widerstehen; Zugfestigkeit (engl. tensile strength), der Grad,
bis zu dem ein Material eine Zugbelastung widersteht, ohne zu brechen;
Zähigkeit, der Grad, bis zu dem ein Material im Allgemeinen
Belastungen widersteht (Dehnung, Druck oder Schub), ohne zu brechen,
Duktilität, die Fähigkeit eines Materials, sich
ohne Bruch plastisch zu deformieren, und Sprödigkeit, der
Grad, bei dem ein Material in Erwiderung auf Belastung bricht, ohne
sich zuvor zu deformieren.
-
Die
Zusammenfassung der vorliegenden Offenbarung ist als ein kurzer Überblick
einiger der Prinzipien der Erfindung gemäß einem
Ausführungsbeispiel als eine Suchhilfe angegeben. Die Zusammenfassung
ist weder als komplette oder definitive Beschreibung irgendeines
der Ausführungsbeispiele zu verstehen, noch sollte sich
auf definierte Begriffe, die in der Beschreibung oder den Ansprüchen
verwendet werden, verlassen werden. Die Zusammenfassung beschränkt
den Umfang der Ansprüche nicht.
-
Die
verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können
kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu erzeugen.
Sämtliche der US-Patente, US-Offenlegungsschriften, US-Patentanmeldungen,
ausländischen Patente, ausländischen Patentanmeldungen
und Nicht-Patentveröffentlichungen, auf die sich diese
Patentschrift bezieht und/oder die im Anmeldungs-Datenblatt gelistet
sind, sind hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingebunden.
As pekte der Ausführungsbeispiele können, wenn
nötig, modifiziert werden, um die Konzepte der verschiedenen
Patente, Anmeldungen und Veröffentlichungen anzuwenden, um
noch weitere Ausführungsbeispiele anzugeben.
-
Diese
und andere Veränderungen können auf die Ausführungsbeispiele
im Lichte der obigen detaillierten Beschreibung angewendet werden.
Im Allgemeinen sollten die Begriffe, welche in den folgenden Ansprüchen
verwendet werden, nicht so ausgelegt werden, um die Ansprüche
auf die spezifizierten Ausführungsbeispiele zu beschränken,
die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart sind, aber
sollten so ausgelegt werden, dass sie alle möglichen Ausführungsbeispiele
zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente beinhalten,
zu dem die Ansprüche berechtigt sind. Demgemäß sind
die Ansprüche nicht durch die Offenbarung beschränkt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4896424 [0008]
- - US 670627 [0010]