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Die
Erfindung betrifft ein Schlagmesser und eine Mahlvorrichtung zum
Zerkleinern von Kakaobohnen mit einem solchen Schlagmesser.
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Die
DE 1 607 446 offenbart eine
Rührwerksmühle, die zum Vermahlen von Kakao geeignet
ist und radiale Rührarme mit in radialer Richtung konstantem
Tangentialquerschnitt aufweist, die sich in einem festen zylindrischen
Gehäuse drehen.
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Aus
der
DE 26 33 520 C2 ist
ein Schlagmesser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bekannt. Die
DE 26
33 520 C2 offenbart ferner eine Mahlvorrichtung für
Kakaobohnen mit einem kreiszylindrischen Behälter, in dem
die Kakaobohnen aufgenommen sind, einer Rotationsachse, die sich
in den Behälter erstreckt und um die drehbar das Schlagmesser
befestigt ist.
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Nachteilig
bei dem in der
DE 26
33 520 C2 offenbarten Schlagmesser ist die unzureichende
Vermischung der Kakaobohnen während des Zerkleinerungs-
bzw. Mahlvorgangs.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schlagmesser bereitzustellen,
das eine gegenüber herkömmlichen Schlagmessern
längere Standzeit besitzt und eine gute Durchmischung der
Kakaobohnen erlaubt. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Mahlvorrichtung zum Zerkleinern von Kakaobohnen bereitzustellen,
die dieses Schlagmesser enthält.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird ein Schlagmesser bereitgestellt, das
einen Befestigungsabschnitt und einen mit dem Befestigungsabschnitt
verbundenen Schlagabschnitt aufweist, wobei das Schlagmesser dadurch
gekennzeichnet ist, dass der Schlagabschnitt eine erste und eine
zweite, der ersten gegenüberliegende Schlag kante aufweist,
der Abstand der Schlagkanten an einem dem Befestigungsendabschnitt
gegenüberliegenden Endabschnitt des Schlagabschnitts am
größten ist, und die erste und die zweite Schlagkante
jeweils in ihrer Längsrichtung konkav ausgebildet sind.
Die Form des Schlagmessers kann also als allgemein bikonkav bezeichnet
werden. Durch die konkave Form sind die Schlagkanten des Schlagmessers
länger als die herkömmlicher, gerade verlaufender
Kanten. Das zu zerschlagende bzw. zerkleinernde Produkt (z. B. Kakaobohnen)
wird somit auf eine längere Strecke verteilt. In der bevorzugten
Ausführungsform als rotierendes Schlagmesser wird während
des Mahlvorgangs das zu zerkleinernde Produkt durch die Schaufelwirkung
der konkaven Flächen und die größere
Umfangsgeschwindigkeit im radial äußeren Bereich
des Schlagmessers nach innen, in Richtung der Rotationsachse gedrängt,
was zu einer guten Durchmischung der Kakaobohnen bzw. der Kakaobohnenmasse
führt.
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Durch
die Merkmale des Anspruchs 2 besitzt das Schlagmesser vorteilhafterweise
zwei mögliche Arbeitsrichtungen.
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Durch
die Merkmale des Anspruchs 3 nimmt der Abstand der beiden Schlagkanten
in Richtung von dem Befestigungsendabschnitt zu dem Endabschnitt
des Schlagabschnitts progressiv zu, wodurch die oben genannten Vorteile
der konkaven Form noch stärker wirksam sind.
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Durch
die Merkmale des Anspruchs 4 wird ein fertigungstechnischer Vorteil
dahingehend erzielt, dass die gesamte konkave Form wenigstens teilweise
durch geradlinige Abschnitte approximiert wird. Insbesondere kann
die konkave Form aus geradlinigen und konkaven Abschnitten, nur
aus geradlinigen Abschnitten oder nur aus konkaven Abschnitten zusammengesetzt
sein. Gemäß einer Ausgestaltung setzt sich die
konkave Form aus kreisförmigen Abschnitten zusammen.
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Gemäß Anspruch
5 ist das Schlagmesser aus einem Vollhartmaterial gebildet. Dieses
Material kann Stahl oder ein anderes hartes Metall, ein Glas oder
eine Keramik oder mit einem geeigneten Material wie etwa Emaille überzogen
sein.
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Durch
die Merkmale des Anspruchs 8 werden die Schlagkanten vorteilhafterweise
weiter verlängert, mit den oben schon im Zusammenhang mit der
konkaven Form beschriebenen Vorteilen. Wenn die Wellenform, wie
es in Anspruch 9 u. a. definiert ist, in der Plattenebene liegt,
werden die Kakaobohnen durch das Schlagmesser je nach Auftreffpunkt auf
die Schlagkanten in unterschiedlicher Richtung beschleunigt, beim
rotatorischen Einsatz des Schlagmessers zum Beispiel entweder nach
radial einwärts oder nach radial auswärts. Dies
wiederum trägt zu einer guten Durchmischung der Kakaobohnen
bei.
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Alle
oben genannten Merkmale haben zudem den Vorteil, dass dadurch die
Standzeit des Schlagmessers beträchtlich verlängert
wird und somit Kosten reduziert werden.
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Durch
die Merkmale des Anspruchs 13 sind die Schlagkanten jeweils nach
Art eines Hohlschliffs nach innen gewölbt. Im Gegensatz
zu einer ungewölbten Schlagkante, die einen Winkel von
im Wesentlichen 90° bezüglich der oberen und unteren Oberfläche
des Schlagmessers einnimmt, ist dieser Winkel (der Winkel im Querschnitt
zwischen der Tangente an die Wölbung und der Oberfläche
des Schlagmessers an der Stelle, an der sich beide berühren)
bei einer nach innen gewölbten Schlagkante spitz. Dies
hat den Vorteil, dass die ansonsten reine Schlagwirkung des Schlagmessers
in eine effizientere Spaltwirkung übergeht.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird eine Mahlvorrichtung zum Zerkleinern
von Kakaobohnen bereitgestellt. Die Mahlvorrichtung umfasst einen
Behälter zum Aufnehmen der Kakaobohnen. In dem Behälter
ist das erfindungsgemäße Schlagmesser um eine
Rotationsachse drehbar so befestigt, dass es einen vorbestimmten
Abstand zu einem Boden des Behälters hat, wobei der Behälter
zumindest im Bereich des Schlagmessers einen Kreiszylinder mit der
Rotationsachse als seiner Symmetrieachse bildet. Der Abstand ist
vorzugsweise so groß, dass das Schlagmesser vollständig
von Kakaobohnen umgeben werden kann.
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Die
Vorteile der Gestaltung des Schlagmessers gemäß den
Ansprüchen 1 bis 10 der vorliegenden Erfindung kommen insbesondere
bei dem schon oben erwähnten rota torischen Einsatz mit
Befestigung des Schlagmessers an seinem Befestigungsendabschnitt
zur Geltung. Die Erfindung ist aber nicht auf eine rotatorische
Bewegung des Schlagmessers begrenzt, sondern es kann auch translatorische
Bewegungen ausführen.
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Dreht
sich das Schlagmesser in der Mahlvorrichtung um deren Rotationsachse,
so befindet sich der Endabschnitt des Schlagabschnitts radial am weitesten
außen, hat also die höchste Umfangsgeschwindigkeit
und zeigt damit den größten Verschleiß.
Das Schlagmesser ist daher an dieser Stelle aufgrund seiner allgemeinen „Beilform” am
breitesten, sowohl dann, wenn die die Schlagkanten verbindende Kante
kreisbogenförmig ausgebildet ist, wie es in Anspruch 11
definiert ist, als auch wenn diese geradlinig ausgebildet ist, wie
es in Anspruch 12 definiert ist. Durch diese Bauform, bei der die
Masse pro Längeneinheit nach radial außen zunimmt,
wirkt das Schlagmesser als seine eigene Schwungscheibe mit großer
Rotationsenergie E = Jω2, wobei
die J das Massenträgheitsmoment ist, das besonders groß ist, wenn
die Masse einen großen Abstand zur Rotationsachse hat (vgl. 1, wo mit „12” die Rotationsachse
außerhalb des Schlagmessers liegt).
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Ferner
wird durch die bikonkave Form des Schlagmessers weitestgehend vermieden,
dass die Kakaobohnen, wenn sich das Schlagmesser bei seiner Bewegung
um die Rotationsachse durch sie hindurchbewegt, zum Rand des Behälters
gedrängt werden und sich im Laufe des Zerkleinerungs- bzw. Mahlprozesses
die immer kleiner werdenden Teile der Kakaobohnen am Rand des Behälters
festsetzen. Durch die Form des Schlagmessers wird die Kakaobohnenmasse
gewissermaßen ständig nach radial innen „geschaufelt”.
Insbesondere bei Ausgestaltungen mir Wellenform in der Plattenebene,
wie es in Anspruch 9 u. a. definiert ist, wo die Kakaobohnen einen
Impuls zum Endabschnitt des Schlagabschnitts erfahren, ist die in
Anspruch 3 definierte progressive Verbreiterung des Schlagmessers
und die damit einhergehende verstärkte „Schaufelwirkung” vorteilhaft.
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Obwohl
das Schlagmesser, wie es in den Ansprüchen 11 und 12 definiert
ist, sowohl rotatorisch als auch translatorisch verwendet werden
kann, ist die Version gemäß Anspruch 12 besonders
für einen translatorischen Einsatz vorteilhaft, wobei die
geradli nige Verbindungskante parallel zu einer Wand des oben genannten
Behälters geführt wird, während die kreisbogenförmige
Variante gemäß Anspruch 11 vorzugsweise in Rotationsmahlvorrichtungen
Verwendung findet. Hier verläuft die Verbindungskante vorzugsweise
parallel zu einem als Kreiszylinder ausgebildeten Behälter
und hat einen vorbestimmten Abstand zu diesem.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich
aus der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung mit Bezug
auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
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1A und 1B eine
schematische Draufsicht bzw. Seitenansicht eines Schlagmessers gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2A und 2B eine
schematische Draufsicht bzw. Seitenansicht eines Schlagmessers gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3A bis 3B eine
schematische Seitenansicht, Rückansicht bzw. Draufsicht
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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4A eine
schematische Draufsicht des Schlagmessers der 2A und 2B,
eingebaut in einem Behälter einer Mahlvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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4B eine
schematische Seitenansicht der Anordnung von 3A.
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1A zeigt
eine Draufsicht eines Schlagmessers 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 1B zeigt
eine Seitenansicht dieses Schlagmessers 10.
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Gemäß 1A weist
das Schlagmesser 10 einen Befestigungsendabschnitt 12 und
einen mit diesem einteilig verbundenen Schlagabschnitt 14 auf.
Der Schlagabschnitt 14 umfasst eine erste Schlagkante 16 und
eine dieser gegenüber liegende zweite Schlagkante 18,
deren zeichnerische Kurven jeweils konkav und im mathematischen Sinne
differenzierbar sind. An die Schlagkanten 16, 18 des Schlagabschnitts 14 schließen
sich rechts in 1 einander gegenüberliegende
Kanten des Befestigungsendabschnitts 14 an, die in dieser
Ausführungsform im Wesentlichen parallel zueinander sind.
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Obgleich,
wie es in 1 dargestellt ist, das Schlagmesser 10 eine
Symmetrie-Ebene E besitzt, zu der die Schlagkanten 16 und 18 symmetrisch
sind, ist dies nicht zwingend erforderlich, die Schlagkanten 16 und 18 können
auch unterschiedlich gekrümmt sein. Darüber hinaus
ist es in beiden Fällen – der symmetrischen Anordnung
ebenso wie der asymmetrischen – denkbar, dass die Krümmungsradien
der Schlagkanten 16 und 18 über deren
Länge nicht konstant sind; insbesondere können
diese in einer Richtung von rechts nach links in 1 abnehmen,
so dass die Krümmung in dieser Richtung kontinuierlich stärker
wird.
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Ferner
sind die Schlagkanten
16 und
18 durch eine kreisbogenförmige
Kante
20, links in
1A, die
einen vorbestimmten Radius R – gemäß der
vorliegenden Ausführungsform von etwa 500–600
mm aufweist, verbunden. Dies ist für einen Einsatz des
Schlagmessers
10 vorteilhaft, das sich in Richtung der
Pfeile A oder A' um eine Rotationsachse
24 dreht. Sie können
jedoch auch durch eine gerade Kante
20' verbunden sein,
wie es in
1A gestrichelt dargestellt ist,
was für einen translatorischen Einsatz des Schlagmessers
10 in
Richtung der Pfeile B oder B' unter Umständen günstiger
ist. Der Befestigungsendabschnitt
12 weist ferner eine
Bohrung
22 auf, mit deren Hilfe das Schlagmesser
10 an
einer entsprechenden Aufnahme bzw. Halterung einer Mahlvorrichtung,
wie sie zum Beispiel in der
DE
26 33 520 C2 beschrieben ist, befestigt werden kann. Das
oben erfindungsgemäße Schlagmesser
10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform nimmt somit in der Draufsicht
insgesamt die Form eines Beils an, wobei der Abstand der Schlagkanten
16,
18 an
einem dem Befestigungsendabschnitt
12 gegenüber
liegenden Endabschnitt
36 des Schlagabschnitts
14 am größten
ist.
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Gemäß 1B ist
das Schlagmesser 10 insgesamt im Wesentlichen in Form einer
ebenen Platte ausgebildet, so dass die Masse pro Längeneinheit des
Schlagabschnitts 14 entlang der Symmetrie-Ebene E von der
Seite des Befestigungsendabschnitts 12 in Richtung der
kreisförmigen Kante 20 kontinuierlich zunimmt.
Das Schlagmesser 10 kann jedoch auch lediglich auf der
Länge des Schlagabschnitts 14 im Wesentlichen
in Form einer Platte ausgebildet sein.
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Gemäß 1B weist
das Schlagmesser 10 eine Dicke d von etwa 30 mm und eine
Länge l von etwa 450 mm auf. Die exakten Maße
können an die Betriebs- und Einsatzbedingungen angepasst
werden.
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Gemäß 1 kann sich das Messer um eine Rotationsachse 24 drehen,
die sich in dieser Ausführungsform außerhalb des
Schlagmessers 10, vorzugsweise in der Symmetrie-Ebene E
befindet.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind
die zeichnerischen Kurven der ersten Schlagkante 16 und
der zweiten Schlagkante 18 zwar allgemein konkav, nicht
jedoch im mathematischen Sinne differenzierbar, wie es in 2A ist.
Das heißt, die differenzierbaren Kurven sind jeweils durch
aneinander Fügen geradliniger Abschnitte approximiert,
von denen in 2A nur ein erster Abschnitt 26 und
ein zweiter Abschnitt 28 gezeigt sind. Die Anzahl der Abschnitte
ist jedoch nicht auf zwei begrenzt, und je größer
die Anzahl ist, desto kleiner ist natürlich die Abweichung
zu der Kurve, die approximiert werden soll. Anzahl und Winkel αi zwischen jeweils zwei aneinander grenzende
geradlinige Abschnitte werden u. a. durch technische, fertigungstechnische
und wirtschaftliche Abwägungen bestimmt. Insbesondere kann
im Grenzfall der in 2A gezeigte Winkel α =
0 sein, so dass sich in der Draufsicht ein im Wesentlichen rechteckförmiger Schlagabschnitt
ergibt.
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2A zeigt
schematisch eine Aufnahme- bzw. Befestigungsvorrichtung 30,
die von der Aufnahme- bzw. Befestigungsvorrichtung 22 der
ersten Ausführungsform verschieden ist. Grundsätzlich
besteht keine Einschränkung hinsichtlich der Art und Weise,
wie die Aufnahme- bzw. Befestigungsvorrichtung des Schlagmessers 10 konstruiert
ist. Wesentlich ist nur, dass es mit seinem Befestigungsendabschnitt 12 in
geeigneter Weise so befestigt ist, dass es eine vorbestimmte Bewegung – translatorisch
oder rotatorisch – zur Zerkleinerung eines Produkts wie
etwa Kakaobohnen ausführen kann. Die Abmessungen d, l und
R entsprechen denen der ersten Ausführungsform.
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Die
in den 3A bis 3C dargestellte beispielhafte
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet
sich von den vorherigen Varianten in der Form des Befestigungsendabschnitts 12 und
der Form der Schlagkante 16 (sowohl in der Ansicht von
oben als auch in der Ansicht von hinten, d. h. von der Seite des
Befestigungsendabschnitts aus). Wie es in den 3A und 3B gezeigt
ist, ist der Befestigungsendabschnitt 12 in Form eines
geraden Kreiszylinders ausgebildet, der an seinem in den 3A und 3C linken
Endabschnitt angefast ist. Wie in der Draufsicht in 3C gezeigt
ist, ist der Schlagabschnitt 14 mit 40 mm Breite breiter
als der Durchmesser des Befestigungsendabschnitts 12, der in
diesem Ausführungsbeispiel 32 mm beträgt. Dies hat
insbesondere eine Stufe zwischen dem Befestigungsendabschnitt 12 und
dem Schlagabschnitt 14 zur Folge, die als Anschlag beim
Befestigen des Schlagmessers 10 in einer geeigneten Aufnahme dient.
Wie es in 3B gezeigt ist, sind die Schlagkanten 16 und 18 jeweils
in Querrichtung des Schlagmessers 10 nach innen gewölbt,
also in Form eines Hohlschliffs ausgebildet. Dadurch ergibt sich
ein spitzer Winkel β zwischen der jeweiligen gewölbten Schlagkante 16 bzw. 18 und
der angrenzenden Oberfläche des Schlagmessers 10.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die konkave Wölbung
der Schlagkanten 16 und 18 unterschiedlich stark
ausgebildet sein, so dass sich Winkel β16 und β18 für die beiden Schlagkanten 16 bzw. 18 ergeben,
wobei β16 ≠ β18 ist. Die Wirkung des Schlagmessers 10 im
rotatorischen Einsatz ist daher von der Drehrichtung abhängig.
In 3C ist ferner das gewellte Profil der Schlagkante 16 (oben
in 3C) im Vergleich zu einem ungewellten Profil dargestellt. 3C dient
nur als Vergleich, vorzugsweise sind beide Schlagkanten in dieser
Ansicht identisch ausgebildet.
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4A zeigt
eine schematische Draufsicht des Schlagmessers 10 gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eingebaut
in einem schematisch dargestellten Behälter 32 einer Mahlvorrichtung.
Die Befestigungsvorrichtung, die mit einer Antriebsachse verbunden
ist, um das Schlagmesser 10 in Drehung zu versetzen, ist
nicht gezeigt; die Figur dient lediglich der schematischen Veranschaulichung
der relativen Position des Schlagmessers 10 in dem Behälter 32.
Durch den Doppelpfeil A-A' ist angedeutet, dass das Schlagmesser 10 im
Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn in Drehung um die Rotationsachse 24,
die sich hier außerhalb des Schlagmessers 10 befindet, versetzt
werden kann. Zwischen der kreisbogenförmigen Kante 20 mit
dem Radius R des Schlagmessers 10 und dem zumindest im
Bereich des Schlagmessers 10 kreiszylindrisch ausgebildeten
Behälter 32 mit dem Radius (R + ΔR) befindet
sich ein Spalt S, dessen Breite den Betriebsbedingungen angepasst ist.
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4B zeigt
schematisch die Anordnung der 4A von
der Seite. Darin bezeichnet h den Abstand (Höhe) zwischen
der Unterseite des Schlagmessers 10 und einem Boden 34 des
Behälters 32. Dieser Abstand ist vorzugsweise
so gewählt, dass der Raum unter Schlagmesser 10 unzerkleinerte
Kakaobohnen aufnehmen kann.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen
offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von diesen zu
ermöglichen, sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung
auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann, ohne den Umfang
der Erfindung zu verlassen. Deshalb sollte die Erfindung derart
verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen
und Ausgestaltungen zu den gezeigten Ausführungsformen
beinhaltet, die realisiert werden können, ohne den Umfang
der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen
dargelegt ist. Insbesondere können die Merkmale der Schlagkanten
(in Querrichtung konkav oder nicht; in Längsrichtung konkav
oder abschnittsweise geradlinig, etc.), der Verbindungskante zwischen
beiden (kreisbogenförmig oder geradlinig) und des Befestigungsendabschnitts
(plattenförmig oder kreiszylindrisch) je nach Einsatzzweck
grundsätzlich beliebig kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1607446 [0002]
- - DE 2633520 C2 [0003, 0003, 0004, 0028]