DE102009011705A1

DE102009011705A1 - Schneidvorrichtung

Info

Publication number: DE102009011705A1
Application number: DE200910011705
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dr. Wolf; Dieter Döinghaus
Original assignee: Dr Wolf & Partner Ingenieurbuero fur Lebensmitteltechnik GmbH; Dr Wolf and Partner Ingenieurbuero fur Lebensmitteltechnik GmbH
Current assignee: Dr Wolf & Partner Ingenieurbuero fur Lebensmitteltechnik GmbH; Dr Wolf and Partner Ingenieurbuero fur Lebensmitteltechnik GmbH
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Bei einem Verfahren für das Bestimmen von Schneidbereichen eines ultraschallerregten, nicht rotierenden Kreismessers mit ringförmig umlaufender Schneide (20) für das Schneiden von Lebensmitteln, insbesondere von Backwaren, werden an dem Kreismesser (1) die Bogenbereiche (21-23) der Schneide (20) großer Schwingungsamplituden bestimmt und markiert. Weiter wird eine Schneidvorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens erläutert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Optimierung eines Schneidergebnisses im industriellen Bereich sowie eine Schneidvorrichtung für ein industrielles Schneiden von Lebensmitteln, insbesondere von Backwaren, mit einem ultraschallerregten Kreismesser mit ringförmig umlaufender Schneide.
Ein industrielles Schneiden von Lebensmitteln, beispielsweise auch von Backwaren, erfolgt auf unterschiedlichste Arten. Eine häufig genutzte ist das Schneiden mit ultraschallerregten Messern, die zumeist aus Titan und keilförmig gefertigt sind. Diese Messer sind bei vielen Lebensmitteln aufgrund ihrer Verdrängung bei einem Schneiden z. B. bei einem kontinuierlichen Durchlauf des Schneidgutes bei hohen Anforderungen an die Schnittqualität wenig geeignet.
Die EP 1 935 592 offenbart neben den bekannten keilförmigen Klingen eine Vielzahl weiterer Klingenformen, insbesondere auch Kreismesser.
Überraschenderweise hat es sich bei einem Schneiden von Lebensmitteln mit nicht rotierenden Kreismessern gezeigt, dass Bogenbereiche für ein Schneiden unterschiedlich gut geeignet sind. Es erfolgt keine gleichmäßige Schwingungsausbreitung im Material des Kreismessers, sondern eine mit unterschiedlichen Amplitudengrößen. Zurückgeführt wird dies auf die Gefügestruktur des Messerwerkstoffes und einen ungleichmäßigen Spannungsaufbau.
Solches lässt sich messtechnisch erfassen und hierauf basierend kann ein Verfahren für das Bestimmen von optimalen Schneidbereichen eines ultraschallerregten, nicht rotierenden Kreismessers mit ringförmig umlaufender Schneide für das Schneiden von Lebensmitteln, insbesondere von Backwaren, angegeben werden, indem durch eine Messung der Schwingungsamplituden des Kreismessers die Bogenbereiche der Schneide großer Schwingungsamplituden bestimmt und markiert werden. Diese Bogenbereiche liefern die besten Schnittergebnisse, die vor allem für das Einschneiden des Materials von Bedeutung sind.
Es hat sich ferner gezeigt, dass die Anzahl der Bogenbereiche größter Schwingungsamplituden unterschiedlich sein kann. Das Kreismesser kann einen, insbesondere jedoch auch mehrere Bogenbereiche größter Schwingungsamplituden aufweisen, die in der Regel gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, gleiche Bogenlängen aufweisen können und die vorzugsweise auch alle markiert werden.
Für ein Markieren und/oder ein Festlegen solcher Bogenbereiche großer Schwingungsamplituden bei einer Schneidvorrichtung für das Schneiden von Lebensmitteln, insbesondere von Backwaren, mit einem ultraschallerregten Kreismesser mit ringförmig umlaufender Schneide, ist vorgesehen, dass das Kreismesser auf wenigstens einer Flachseite mit einer Winkeleinteilung versehen ist. Ein Markieren bzw. eine Dokumentation der Bogenbereiche von großer Schwingungsamplitude ist dann in einfacher Weise ermöglicht.
Markierungen, auf einer Flachseite des Kreismessers angebracht, die die Bogenbereiche großer Schwingungsamplituden kennzeichnen, können einfache aufgeklebte Marken sein, aufgebrachte Farben oder dergleichen, wobei dann darauf geachtet werden sollte, dass diese Markierungen von geringem Gewicht sind, damit das Schwingungsverhalten des Kreismessers weitestgehend ungestört verbleibt. Alternativ oder auch zusätzlich kann jedem Kreismesser herstellerseitig eine Dokumentation beigelegt werden, aus der die Bogenbereiche größter Schwingungsamplituden hervorgehen.
In weiterer konstruktiver Ausgestaltung der Schneidvorrichtung nach der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kreismesser einen Außendurchmesser von 120 mm bis 400 mm aufweist. Bei derartigen Abmessungen kommt es bei einem nicht rotierenden Kreismesser zu einem sauberen Einschnitt ohne Deformation des Schneidgutes, so auch bei Backwaren, Brot, Brötchen, insbesondere auch bei Roggenbrötchen und auch bei heißem Schneidgut.
Naturgemäß sind auch die übrigen Parameter für das Schneiden bestens aufeinander abzustimmen, wie die Vorschubgeschwindigkeit des Schneidgutes, Anschnittwinkel, der Andruck des Schneidgutes und sofort.
Auch das Schwingungsverhalten des Kreismessers spielt eine erhebliche Rolle, weshalb vorgesehen ist, dass ein Durchmesser einer zentralen Bohrung für einen Anschluß des Kreismessers an einen Dorn größer oder gleich 40 mm bemessen ist. Mithin liegt das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Kreismessers und der zentralen Bohrung zwischen 3 und 10.
In weiterer konstruktiver Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schneide des Kreismessers einen spitzen Schneidenwinkel gegen eine Flachseite aufweist, bevorzugt von weniger als 15°, insbesondere um 8° und mehr als 5°. Daneben kann die Schneide des Kreismessers weiter bevorzugt einen langgezogenen Anschliff mit Schärffase aufweisen, so dass geschnittene Teile eines Schneidgutes langsam und nur wenig voneinander getrennt werden. Als vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, wenn die Schärffase einen Winkel zwischen 15° und 25° gegen eine Flachseite des Kreismessers aufweist, insbesondere 20°.
Eine weitere Maßnahme insbesondere für die Erhöhung der Standzeit des Kreismessers sieht vor, dass die Schneide oder Schärffase mit einer Gegenschneide versehen ist. Auch die Gegenschneide ist wie die Schneide in einem Winkel von 15° bis 25° gegenüber einer Flachseite des Kreismessers angestellt, vorzugsweise unter einem dem Schneidenwinkel entsprechenden, insbesondere unter einem Winkel von 20°.
Von Vorteil ist, dass das Kreismesser nach der Erfindung aus einem Blech gefertigt sein kann, beispielsweise aus einem Edelstahl oder auch aus einem üblichen Messerstahl. Hierdurch werden die Kosten der Herstellung deutlich minimiert.
Dabei ist die Stärke des Kreismessers gering gehalten und beträgt weniger als 3 mm, vorzugsweise etwa 2 mm.
In weiterer konstruktiver Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das nicht rotierende Kreismesser über einen zentralen Dorn mit einem Ultraschallwandler verbunden ist und dass der Dorn oder der Ultraschallwandler an einer Halterung festgelegt ist, die in einem schwingungsfreien Bereich angreift und in der ein Verdrehen des Kreismessers um die Längsachse des Dorns erfolgen kann.
Durch diese Maßnahme ist es in einfacher Weise möglich, durch Drehen des Ultraschallwandlers mit angeschlossenem Dorn und Kreismesser um die Längsachse des zentralen Dorns das Kreismesser so zu positionieren, dass exakt die Bogenbereiche großer Schwingungsamplituden für ein Schneiden herangezogen werden können.
Ein solches Positionieren und insbesondere auch ein Austausch des Kreismessers ist dann besonders einfach, wenn die Halterung einen Schnellverschluss aufweist. Hebelartige, spannhebelartige oder ähnliche Verschlüsse können hierzu herangezogen werden, da die auftretenden Kräfte vergleichsweise gering und gut beherrschbar sind.
Zweckmäßigerweise sollte auch die Halterung mit einer Winkeleinteilung versehen sein, so dass ein sehr exaktes Positionieren der Bogenbereiche großer Schwingungsamplitude des Kreismessers gegenüber dem herangeführten Schneidgut möglich ist.
Dieses Positionieren ist erleichtert, wenn der Dorn oder der Ultraschallwandler in dem Bereich der Winkeleinteilung eine mit der des Kreismessers übereinstimmende Winkeleinteilung aufweist, so dass eine einfache Positionierung ermöglicht ist.
In weiterer Ausgestaltung der Schneidvorrichtung nach der Erfindung kann ein Servomotor oder Schrittmotor für ein Stellen des Kreismessers vorgesehen sein. Diese können durchaus auch rechnergesteuert sein. Entsprechende Daten wären dann mit einem jeden Kreismesser zu liefern.
Alternativ sind jedoch auch pneumatische Stellvorrichtungen oder dergleichen durchaus möglich.
Das Wesen der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der lediglich schematisch Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:
1: eine Seitenansicht einer Schneidvorrichtung,
2: eine Draufsicht auf eine Lagerung eines Ultraschallwandlers,
3: eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schneidvorrichtung,
4: eine Draufsicht auf ein vorzugsweise verwendetes Kreismesser mit hier beispielhaft drei Bogenbereichen hoher Schwingungsamplituden und
5: in einer vergrößerten Darstellung die Schneide eines Kreismessers.
1 zeigt in einer vereinfachten, seitlichen Darstellung ein Kreismesser 1. Das Kreismesser 1 weist für ein Festlegen an einem zentralen Dorn 2 eine zentrale Bohrung 3 auf, vergleiche 2. Der Durchmesser der zentralen Bohrung 3 sollte mehr als 40 mm betragen bei einem Außenradius des Kreismessers zwischen 120 mm und 400 mm, vorzugsweise um 250 mm. Damit liegt das Verhältnis des Außendurchmessers des Kreismessers 1 zu der zentralen Bohrung 3 zwischen 3 und 10.
Das Kreismesser 1 ist aus einem Blech gefertigt, beispielsweise aus einem Edelstahl oder Messerstahl, wobei die Stärke des Kreismessers weniger als 3 mm beträgt, vorzugsweise etwa 2 mm.
Das Kreismesser 1, das bei einem Schneidvorgang nicht rotiert, ist über den zentralen Dorn 2 mit einem Ultraschallwandler 4 verbunden, der das Kreismesser 1 in Schwingungen versetzt.
Der axial mehrteilig ausgebildete Dorn 2 oder hier der Ultraschallwandler 4 selbst weisen schwingungsfreie Bereiche auf, die für ein Festlegen des Ultraschallwandler 4 an einer nur angedeuteten Halterung 5 geeignet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel weist der Ultraschallwandler 4 für ein Festlegen an der Halterung 5 einen umlaufenden Bund 6 auf, der in einem zweigeteilten Lager 7 aus beispielsweise einem Kunststoff gefangen ist. Die beiden Lagerschalen 8, 9, letztere in 1 nicht dargestellt, können beidseits in einfacher Weise mittels der Schnellverschlüsse 10, 11 soweit geöffnet werden, dass der Dorn 2 problemlos um seine Längsachse 12 verdreht werden kann.
Dazu ist die halterungsfeste Lagerschale 8 mit zwei Führungsstiften 13, 14 versehen, auf der die äußere Lagerschale 9 nach Öffnen der Schnellverschlüsse 10, 11 nur soweit verschoben wird, dass der Bund 6 des Dorns 2 für ein Verdrehen freigegeben ist. Mit Schließen der Schnellverschlüsse 10, 11 wird die äußere Lagerschale 9 wieder in Anlage an die halterungsfeste Lagerschale 8 verschoben und der Bund 6 verriegelt.
Alternativ zu den dargestellten Schnellverschlüssen 10, 11 können bspw. die Führungsstifte 13, 14 zumindest an ihren äußeren Abschnitten mit einem Schraubgewinde versehen sein, die die äußere Lagerschale 9 für ein Verschrauben durchsetzen.
Durch diese Maßnahmen können die auf der in 4 auf der dargestellten Flachseite 15 des Kreismessers 1 angebrachten Markierungen 16–18, die die Bogenbereiche 21–23 großer Schwingungsamplituden kennzeichnen, optimal auf die Zuführung des Schnittgutes ausgerichtet werden, in 1 durch den Pfeil 19 angedeutet.
Diese Bogenbereiche 21–23 der Schneide 20 großer Schwingungsamplitude wurden aus einem Vermessen der Schwingungsamplituden des Kreismessers 1 herstellerseitig bestimmt und markiert.
Es sind die drei Bogenbereiche 21–23 maximaler Schwingungsamplituden und gleicher Bogenlänge in einer Teilung von 120° in 4 dargestellt.
Das Ausrichten des Kreismessers 1 an einer Halterung 5 bzw. in dem Lager 7 wird durch eine auf das Kreismesser 1 aufgebrachte Winkeleinteilung 24 wesentlich vereinfacht, die mit einer entsprechenden Winkeleinteilung 25 der Halterung 5 korrespondiert, vgl. 2.
Weiter kann auch der Ultraschallwandler 4 mit einer Winkeleinteilung 37 noch versehen sein, die mit der Winkeleinteilung 24 des Kreismessers 1 übereinstimmt, so dass eine Positionierung des Kreismessers 1 anhand dieser Winkeleinteilung 37 an der Winkeleinteilung 25 mühelos erfolgen kann.
Eine Variante einer Halterung 26 ist in 3 dargestellt. Die Halterung 26 trägt zwei Klemmhebel 27, 28, mit denen ein Lager 29 einen Ultraschallwandler 30 haltend verspannt ist. Auch das Lager 29 ist wieder wie das Kreismesser 31 und gegebenenfalls der Ultraschallwandler 30 mit einer Winkeleinteilung versehen.
In der Zeichnung nicht dargestellt ist die Möglichkeit, die Halterungen 5 bzw. 26 in an sich üblicher Weise vertikal und gegebenenfalls horizontal zu verfahren oder zu verstellen und/oder zu verschwenken.
5 zeigt in einer vergrößerten Darstellung die ringförmig umlaufende Schneide 32 eines Kreismessers 33 in einem radialen Schnitt. Der Schneidenwinkel α der Schneide 32 gegen eine untere Flachseite 34 des Kreismessers 33 ist spitz, vorzugsweise zwischen 5° und 15°, hier bei 8° liegend ausgebildet. Damit ergibt sich eine radiale Abmessung der Schneide 32 von ca. 15 mm bis 20 mm bei einer Stärke des Kreismessers 33 von unter 3 mm, bei vorzugsweise von 2 mm etwa 16 mm.
Die Standfestigkeit des Kreismessers 33 kann erhöht werden, wenn eine Schärffase 35 vorgesehen wird. Diese weist vorzugsweise einen Winkel β zwischen 15° und 25°, hier 20° gegen die Flachseite 34 auf.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist noch eine Gegenschneide 36 dargestellt, die unter einem Winkel γ von hier 20° entsprechend dem Winkel β der Schärffase gegenüber der Flachseite 34 angestellt ist.
Die Ausbildung der Schneide mit oder ohne Schärffase bzw. Gegenschneide wird sich regelmäßig nach dem zu schneidenden Gut zurichten haben, um bestmögliche Schnittergebnisse zu erhalten.

1: Kreismesser
2: Dorn
3: Bohrung
4: Ultraschallwandler
5: Halterung
6: Bund
7: Lager
8: Lagerschale
9: Lagerschale
10: Schnellverschluss
11: Schnellverschluss
12: Längsachse
13: Führungsstift
14: Führungsstift
15: Flachseite
16: Markierung
17: Markierung
18: Markierung
19: Pfeil
20: Schneide
21: Bogenbereich
22: Bogenbereich
23: Bogenbereich
24: Winkeleinteilung
25: Winkeleinteilung
26: Halterung
27: Klemmhebel
28: Klemmhebel
29: Lager
30: Ultraschallwandler
31: Kreismesser
32: Schneide
33: Kreismesser
34: Flachseite
35: Schärffase
36: Gegenschneide
37: Winkeleinteilung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1935592 [0003]

Claims

Verfahren für das Bestimmen von Schneidbereichen eines ultraschallerregten, nicht rotierenden Kreismessers mit ringförmig umlaufender Schneide für das Schneiden von Lebensmitteln, insbesondere von Backwaren, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kreismesser (1) die Bogenbereiche (21–23) der Schneide (20) großer Schwingungsamplituden bestimmt und markiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenbereiche (21–23) auf einer Flachseite (15) mit ihrer Teilung markiert werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenbereiche (21–23) gleiche Bogenlängen und eine regelmäßige Teilung über den Umfang des Kreismessers (1) aufweisen.
Schneidvorrichtung für das Schneiden von Lebensmitteln, insbesondere von Backwaren, mit einem ultraschallerregten Kreismesser mit ringförmig umlaufender Schneide, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreismesser (1) auf wenigstens einer Flachseite (15) mit einer Winkeleinteilung (24) versehen ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreismesser (1) auf wenigstens einer Flachseite (15) Markierungen (16–18) aufweist, die Bogenbereiche (21–23) großer Schwingungsamplituden kennzeichnen.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreismesser (1) einen Außendurchmesser von 120 mm bis 400 mm aufweist.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser einer zentralen Bohrung (3) in dem Kreismesser (1) größer oder gleich 40 mm bemessen ist.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Kreismessers (1) und dem einer zentralen Bohrung (3) in dem Kreismesser (1) zwischen 3 und 10 liegt.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneide (32) des Kreismessers (1) einen Schneidenwinkel (α) zwischen 5° und 15° gegen eine Flachseite (34) des Kreismessers (33) aufweist.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneide (32) des Kreismessers (33) eine Schärffase (35) aufweist.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schärffase (35) einen Winkel (β) zwischen 15° und 25° gegen eine Flachseite (34) des Kreismessers (33) aufweist.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneide oder Schärffase (35) mit einer Gegenschneide (36) versehen ist.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenschneide (36) unter einem Winkel (γ) von 15° bis 25° gegenüber einer Flachseite (34) des Kreismessers (33) angestellt ist.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreismesser (1) aus einem Blech gefertigt ist.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Kreismessers (1) weniger als 3 mm beträgt.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht rotierende Kreismesser (1) über einen zentralen Dorn (2) mit einem Ultraschallwandler (4) verbunden ist und dass der Dorn (2) oder der Ultraschallwandler (4) an einer Halterung (5) festgelegt ist, die in einem schwingungsfreien Bereich angreift und in der ein Verdrehen des Kreismessers (1) um die Längsachse (12) des Dorns (2) erfolgen kann.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (5) einen Schnellverschluß (10, 11) aufweist.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (5) mit einer Winkeleinteilung (24) versehen ist.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler (4) oder der Dorn mit einer Winkelmarkierung (37) versehen ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmarkierung (37) des Dorns oder des Ultraschallwandlers (4) mit der Winkelmarkierung (24) des Kreismessers (1) korrespondiert.
Schneidvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Servomotor oder ein Schrittmotor für ein Stellen des Kreismessers in eine gewünschte Position vorgesehen ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellen rechnergesteuert erfolgt.