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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidvorrichtung zum Schneiden von Tabakfasern von einem zugeführten Tabakkuchen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein Schneidmesser für eine derartige Schneidvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 17.
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Eine solche Schneidvorrichtung mit einem darin angeordneten Schneidmesser ist z. B. aus der
EP 872 189 A1 bekannt. Der dort beschriebene Tabakschneider weist eine Pressfördereinrichtung mit zwei zueinander konvergierenden Pressketten auf, welche den Tabak zu einem schnittfesten Kuchen verdichten und einer Schneidvorrichtung mit mehreren Messern zuführen. Die Messer sind auf einer rotierenden Messertrommel angeordnet und schneiden den kontinuierlich zugeführten Tabakkuchen in kurze Tabakfasern. Die Messer unterliegen dabei einem natürlichen Verschleiß, welcher zusätzlich z. B. durch feine Sandpartikel in dem Tabak erhöht werden kann. Um die Standzeit der Messer zu erhöhen und eine gleichbleibende Schnittqualität zu erzielen, ist daher zusätzlich ein Schleifkörper vorgesehen, an dem die Messer mit der Schnittkante zyklisch vorbeigeführt werden, so dass die Messer während des laufenden Betriebes des Tabakschneiders nachgeschliffen werden. Zur Kompensation des durch das Nachschleifen abgetragenen Materials müssen die Messer nachgeschoben werden, damit die abgeschnittenen Tabakfasern nach einer längeren Betriebszeit des Tabakschneiders keine durch den Verschleiß bedingte längere Faserlänge aufweisen und/oder die Dicke der abgetrennten Streifen von dem Tabakkuchen nicht ein vorbestimmtes Maß überschreitet.
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In jedem Fall müssen die Messer nach einer bestimmten Anzahl von Schleifvorgängen zwangsläufig ausgetauscht werden, wenn ein Nachschieben der Messer aufgrund der durch das Schleifen verkürzten Länge der Messer nicht mehr möglich ist. Die gesamte Anlage einschließlich des Tabakschneiders muss zum Austausch der Messer angehalten und anschließend wieder angefahren werden. Der Austausch der Messer stellt damit einen nicht zu vermeidenden kostenerzeugenden Wartungsaufwand dar, welcher nur dadurch verringert werden kann, indem die Wartungsintervalle verlängert werden, welche wiederum indirekt von den Standzeiten der Messer abhängen.
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Ferner ist eine Reinigung des Schleifkörpers aufgrund der durch den Schneidprozess bedingten Tabaksoßenablagerung an der Schneidkante der Messer sowie durch den im Schneidraum befindlichen Tabakstaub erforderlich, um ein optimales Schneidergebnis zu erzielen. Die Reinigungsintervalle des Schleifkörpers sind dadurch wenigstens mittelbar von der Anzahl der Schleifvorgänge und dem von den Messern abgetragenen Material abhängig.
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Außerdem werden durch die Reinigung des Schleifkörpers immer auch Bestandteile des Schleifkörpers mit abgetragen, so dass der Schleifkörper selbst einem gewissen Materialabtrag unterliegt und konstruktiv aufwendig nachgeführt und/oder regelmäßig ausgetauscht werden muss.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Schneidvorrichtung zu schaffen, welche einen verminderten Wartungsaufwand aufweist, und ein Schneidmesser zu schaffen, welches in der Verwendung in einer gattungsgemäßen Schneidvorrichtung den Wartungsaufwand reduziert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schneidvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Schneidmesser mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren sowie der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass wenigstens eine der Seitenflächen des Schneidmessers eine die Oberflächenhärte erhöhende Beschichtung aufweist. Durch die höhere Oberflächenhärte der Seitenfläche wird eine Selbstschärfung des Schneidmessers erzielt, indem die Seitenflächen des Schneidmessers während des Schneidvorganges unterschiedlich abgenutzt werden. Die Seitenfläche mit der höheren Oberflächenhärte nutzt sich dabei weniger ab, als die Seitenfläche mit der geringeren Oberflächenhärte. Dieser Effekt führt zu einer sich praktisch immer wieder selbst nachschärfenden Schnittkante, ohne dass dabei ein Grat entsteht, welcher zu einer unsauberen Schnittfläche des Tabaks führen könnte. Dieser Effekt der Selbstschärfung ist in der Natur auch als sogenannter „Biberzahneffekt” bekannt. Aufgrund dieses „Selbstschärfens” des Schneidmessers kann das Schleifen des Schneidmessers reduziert werden oder sogar ganz entfallen. Ferner wird durch die vorgeschlagene Lösung der Verschleiß der Schneidmesser insgesamt verringert, so dass die Standzeit der Schneidmesser verlängert wird und die Wartungsintervalle entsprechend verlängert werden können.
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Eine weitere bevorzugte Ausbildung der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Seitenflächen nach dem Ablauf einer Einlaufphase eine unterschiedliche Oberflächenhärte aufweisen. In diesem Fall kann die Oberflächenhärte der Seitenflächen zu Beginn der Einlaufphase identisch sein und sich während der Einlaufphase unterschiedlich verändern, so dass der Effekt des selbstständigen Nachschärfens erst nach der Einlaufphase eintritt. Dadurch kann ein kostengünstig herzustellendes beidseitig beschichtetes Schneidmesser verwendet werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Seitenfläche mit der die Oberflächenhärte erhöhenden Beschichtung eine Härte von wenigstens 1500–8000 HV, vorzugsweise von 7500 HV aufweist. Durch die vorgeschlagene Härte des Schneidmessers kann die Standzeit des Schneidmessers als solche zusätzlich erhöht werden, da die Abnutzung des Schneidmessers verringert wird. Durch die verringerte Abnutzung der Schnittkante kann die Anzahl der Schnitte zwischen den Vorschüben des Schneidmessers erhöht werden, so dass die Schneidvorrichtung wesentlich länger mit einer Einstellung betrieben werden kann, und die Zeitdauer der Wechselintervalle des Schneidmessers vergrößert werden kann. Insgesamt können dadurch zusätzlich Kosten sowohl durch die Mehrnutzung des Schneidmessers als auch durch den reduzierten Wartungsaufwand gespart werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung eine Beschichtung aus einem amorph gebundenen Kohlenstoff ist. Die Beschichtung aus dem amorph gebundenen Kohlenstoff weist einen sehr geringen Reibungskoeffizienten auf, so dass die während des Schnittvorganges wirkenden Reibungskräfte verringert werden können und die Schnittfläche dadurch weiter verbessert wird. Solche tetraedrisch vernetzten amorph gebundenen Kohlenstoffbeschichtungen sind z. B. als ta-C Schichten, insbesondere mit einem hohen sp3, bekannt und weisen eine extrem hohe Härte bei einem sehr niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Ferner ist die Beschichtung temperaturbeständig bis ca. 450 Grad Celsius, so dass eine hohe Schnittgeschwindigkeit gefahren werden kann, ohne dass die Beschichtung aufgrund der Reibungswärme ihre Eigenschaften verliert. Die Bindung der Beschichtung ist kovalent, so dass sie eine geringe Adhäsionsneigung zu den benachbarten metallischen Bauteilen aufweist. Außerdem kann durch die vorgeschlagene Beschichtung eine Schmierwirkung durch Kohlenstoffpartikel an der beschichteten Seitenfläche erzielt werden.
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Es hat sich herausgestellt, dass in diesem Fall eine Schichtdicke von 0,05–0,004 mm, vorzugsweise von 0,003 mm sinnvoll ist, damit der Selbstschärfeeffekt erzielt wird, und die mechanischen Eigenschaften des Schneidmessers nicht nachteilig verändert werden. Insbesondere unterliegt das Schneidmesser während des Schnittvorganges einer Biegebeanspruchung, welche nicht zu einer Beschädigung der Beschichtung führen sollte. In dieser Hinsicht hat sich die vorgeschlagene Schichtdicke als optimal für den Betrieb der Schneidvorrichtung herausgestellt, da das Schneidmesser durch die Beschichtung dadurch nicht so weit versteift wird, dass es noch eine ausreichende Flexibilität aufweist, ohne dass die Beschichtung dabei abplatzt oder durch die durch die Beschichtung eingebrachten Eigenspannungen nachteilig verändert wird.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Schleifkörper vorgesehen ist, an dem das rotierende Schneidmesser mit einer Seitenfläche vorbeigeführt wird, und beide Seitenflächen des Schneidmessers eine die Oberflächenhärte erhöhende Beschichtung aufweisen. Durch das einseitige Schleifen des Schneidmessers wird die Oberflächenhärte des Schneidmessers an einer Seitenfläche bewusst reduziert, so dass der „Biberzahneffekt” durch das Schleifen herbeigeführt wird. Insbesondere können die Seitenflächen dadurch mit einer identischen Beschichtung versehen werden, was aus herstellungstechnischen Gesichtspunkten günstig ist, da eine identische Beschichtung der Seitenflächen wesentlich einfacher herzustellen ist. Ferner ist der Materialabtrag der Seitenflächen aufgrund des „Biberzahneffektes” über die Oberfläche grundsätzlich nicht gleichmäßig, so dass der Selbstschärfungseffekt entlang der Schnittkante auch ungleichmäßig ist und zu einer ungleichmäßigen Schnittkante führt. Durch das einseitige Schleifen wird nicht nur der „Biberzahneffekt” selbst herbeigeführt, sondern auch der Effekt des ungleichmäßigen Materialabtrages über die Oberfläche ausgeglichen, so dass durch das Schleifen eine gleichmäßige Oberfläche der Seitenfläche und eine gleichmäßige Schnittkante erzielt werden kann. Da die jeweils andere Seitenfläche mit der die Oberflächenhärte erhöhenden Beschichtung versehen ist, ist die bei dem einseitigen Schleifvorgang vorhandene Gratbildung der Schnittkante im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten Schleifvorgängen wesentlich geringer, so dass die Schnittkante dadurch nicht verschlechtert wird. Da der durch das Schleifen erforderliche Materialabtrag des Schneidmessers aufgrund des erfindungsgemäß herbeigeführten Selbstschärfens der Schnittkante sehr viel geringer ist, als dies im Stand der Technik erforderlich war, kann das Schleifen des Schneidmessers zusätzlich mit einer geringeren Relativbewegung zu dem Schneidmesser erfolgen. Die Relativbewegung des Schleifkörpers zu der Seitenfläche des Schneidmessers ist bei einer gleichgerichteten Relativdrehbewegung des Schleifkörpers zu der Drehbewegung des Schneidmessers definiert durch die Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten zwischen dem rotierenden Schleifkörper und dem rotierenden Schneidmesser im Bereich der aneinander anlaufenden Oberflächen. Damit kann der Schleifkörper in diesem Fall mit einer höheren Drehzahl rotieren als dies im Stand der Technik bekannt war, oder der Schleifkörperdurchmesser kann bei gleicher Drehzahl erhöht werden. Eine Vergrößerung des Schleifkörperdurchmessers ist aber insofern vorzuziehen, da der Schleifkörper hierdurch in einem günstigeren Winkelverhältnis auf die Oberfläche des Schneidmessers aufläuft bzw. von der Schnittkante abläuft und damit die Gratbildung bzw. ein Ausfransen der Schnittkante verhindert oder reduziert werden kann. Im Falle eines entgegengesetzt zu der Drehbewegung des Schneidmessers rotierenden Schleifkörpers läuft die Schleifkörperoberfläche gegen die Drehbewegung des Schneidmessers auf deren Oberfläche auf, so dass in diesem Fall die Umfangsgeschwindigkeit des Schleifkörpers verringert werden sollte, was durch eine Verringerung der Drehzahl oder eine Verkleinerung des Schleifkörperdurchmessers erreicht werden kann. Aufgrund der Verringerung der Relativbewegung der Oberfläche des Schleifkörpers zu der Oberfläche des Schneidmessers kann die Funkenbildung während des Schleifvorganges weiter reduziert werden. Bei einer entsprechenden Einstellung der Differenzdrehzahl kann die Funkenbildung dabei trotz des Schleifens sogar auf Null reduziert werden. Dabei hat sich erstaunlicherweise sogar herausgestellt, dass die zu schleifende Seitenfläche des Schneidmessers sogar eine größere Oberflächenhärte als der Schleifkörper selbst aufweisen kann, und der erfindungsgemäß herbeigeführte Effekt des Schärfens der Schnittkante nach dem „Biberzahneffekt” dennoch eintritt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Seitenflächen eine unterschiedliche Oberflächenhärte aufweisen, und die Seitenfläche mit der geringeren Oberflächenhärte eine Beschichtung mit einer höheren Härte als der Grundwerkstoff des Schneidmessers aufweist. Insgesamt kann durch die unterschiedlichen Oberflächenhärten der Seitenflächen einerseits der „Biberzahneffekt” herbeigeführt werden, und durch die bewusst höhere Oberflächenhärte der Seitenfläche mit der geringeren Oberflächenhärte als der Grundwerkstoff die Standzeit des Schneidmessers im Allgemeinen erhöht werden.
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Weiter hat sich aus Versuchen herausgestellt, dass die Seitenflächen einen Winkel von 15 bis 25 Grad, vorzugsweise bis 35 Grad und vorzugsweise von 23,5 Grad zwischen sich einschließen sollten, damit der bewusst herbeigeführte Selbstschärfungseffekt eintritt.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Schneidmesser kammartig mit mehreren beabstandeten Fingern ausgebildet ist. Durch die mit beabstandeten Fingern gebildete kammartige Struktur des Schneidmessers werden die Tabakfasern in mehreren Streifen von dem Tabakkuchen abgeschnitten. Dadurch ergeben sich erstens sauberere Schnitte der Tabakfasern, da die Tabakfasern, welche nicht abgeschnitten werden, in die Taschen zwischen den Fingern entweichen können, so dass die Tabakfasern des Tabakkuchens während des Schnittvorganges nicht in seitlicher Richtung komprimiert werden. Zweitens hat sich herausgestellt, dass durch das streifenförmige Abtrennen der Tabakfasern die gemittelte Länge der Tabakfasern verkürzt werden kann.
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In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn an der Messertrommel mehrere, über den Umfang verteilt angeordnete, kammartige Schneidmesser vorgesehen sind, und die Schnittfinger von wenigstens zwei benachbart angeordneten Schneidmessern derart angeordnet sind, dass die durch die benachbarten Schneidmesser von dem Tabakkuchen abgetrennten Streifen zueinander nicht deckungsgleich sind. Durch die vorgeschlagene Anordnung der Schnittfinger und der dadurch nicht deckungsgleich abgetrennten Streifen von dem Tabakkuchen kann die gemittelte Länge der Tabakfasern weiter verkürzt werden. Außerdem werden die Tabakfasern über die Breite des Tabakkuchens gleichmäßiger von diesem abgeschnitten.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Schneidmesser mehrteilig aus einer Schneidplatte und einer die Schneidplatte versteifenden Unterstützungsplatte gebildet ist. Durch die vorgeschlagene zweiteilige Ausbildung kann die Schneidplatte selbst hinsichtlich des Schnittverhaltens und einer hohen Standzeit individuell z. B. durch die Wahl eines speziellen Werkstoffs, einer bestimmten Dicke oder die Formgebung der Schnittkante ausgelegt werden, während die mechanische Festigkeit des Schneidmessers durch die Unterstützungsplatte erzielt wird. Außerdem müssen bei der Wartung der Schneidvorrichtung nur noch die Schneidplatten der Schneidmesser ausgetauscht werden, während die Unterstützungsplatten weiter verwendet werden können. Da die Schneidplatten als solches durch die erfindungsgemäße Lösung sehr viel kleiner und kostengünstiger als die bisherigen einteiligen Schneidmesser ausgelegt werden können, sinken dadurch die Instandsetzungskosten und der erforderliche Aufwand für den Transport und die Lagervorhaltung der Austauschteile. Trotz der Tatsache, dass die eigentliche Aufgabe der Unterstützungsplatte darin besteht, die Schneidplatte/n mechanisch zu unterstützen, ist damit nicht ausgeschlossen, dass an einem freien Rand der Unterstützungsplatte auch eine Schnittkante vorgesehen ist. Sofern die Schneidplatte eine kammartige Struktur aufweist, bietet es sich an, den zu der Schnittkante des Schneidmessers nächstliegenden parallel verlaufenden Rand der Unterstützungsplatte als Schnittkante auszubilden, so dass der Tabakkuchen auch in dem Bereich der Zwischenräume zwischen den abragenden Fingern der Schneidplatte streifenförmig abgeschnitten wird.
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In diesem Fall sollte die die Oberflächenhärte erhöhende Beschichtung bevorzugt an einer Seitenfläche der Schneidplatte angeordnet sein, und die Unterstützungsplatte an der jeweils anderen Seitefläche der Schneidplatte angeordnet sein.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die freien Stirnseiten der Schneidplatte und der Unterstützungsplatte jeweils einen identischen Winkel zu der der Messertrommel zugewandten Seitenfläche aufweisen, und dass die Unterstützungsplatte derart gegenüber der Schneidplatte versetzt ist, dass sich die Stirnseiten der Schneidplatte und der Unterstützungsplatte zu einer ebenen Fläche ergänzen. Durch die geschaffene ebene Fläche an der Stirnseite wird eine gleichmäßige Schnittbewegung ermöglicht, ohne dass das Schneidmesser den Tabakkuchen während der Schnittbewegung ausfranst.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das oder die Schneidmesser in einem spitzen Winkel von der Messertrommel abragen, und dass das oder die Schneidmesser derart angeordnet sind, dass die Seitenfläche mit der höheren Oberflächenhärte der Messertrommel zugewandt ist. Durch die vorgeschlagene Ausrichtung des Schneidmessers fährt das Schneidmesser während der Schnittbewegung in einem Winkel durch den Tabakkuchen, bei dem das Schneidmesser bevorzugt nur mit der Seitenfläche zur Anlage an dem Tabakkuchen gelangt, welche die niedrigere Oberflächenhärte aufweist, so dass das Schneidmesser bevorzugt an dieser Seitenfläche während des Schnittvorganges durch die Fasern des Tabaks und der in dem Tabak befindlichen Partikel selbstständig nachgeschliffen wird. Dadurch kann der Effekt des Selbstschärfens weiter verstärkt werden, wodurch die Schneidmesser wesentlich weniger nachgeschliffen werden müssen, und die Standzeit der Schneidmesser im Umkehrschluss erheblich erhöht wird bzw. die Wartungsintervalle signifikant verlängert werden können. Im Idealfall kann dadurch ein zusätzlicher Schleifvorgang an einem externen Schleifkörper entfallen, wodurch die Kosten der Schneidvorrichtung weiter reduziert werden können.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine an die die Oberflächenhärte erhöhende Beschichtung aufweisende Seitenfläche angrenzende Seitenfläche eine identische die Oberflächenhärte erhöhende Beschichtung aufweist. Dadurch kann erstens der selbstschärfende Biberzahneffekt auch an den angrenzenden Seitenflächen herbeigeführt werden, und zweitens wird der Herstellungsprozess der Schneidvorrichtung wesentlich vereinfacht, indem das Scheidmesser bzw. die Schneidplatte während der Oberflächenbehandlung an einer Seitenfläche gehalten werden kann, während die freien Seitenflächen z. B. in einem Tauchbad oberflächengehärtet werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung Titannitrid (TiN) umfasst. Titannitrid ist sehr verschleißbeständig, so dass sich eine sehr hohe Standzeit der Schneidmesser erzielen lässt. Darüber hinaus ist Titannitrid sehr temperaturbeständig und reibungsarm, so dass eine sehr hohe Schnittgeschwindigkeit gefahren werden kann, ohne dass sich die Schneidmesser unzulässig hoch erwärmen bzw. bei der Erwärmung ihre vorteilhaften mechanischen Eigenschaften verlieren.
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Ferner wird zur Lösung der Aufgabe ein Schneidmesser für eine erfindungsgemäße Schneidvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche vorgeschlagen, welches auswechselbar ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1: Schneidvorrichtung mit einer Pressfördereinrichtung;
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2: Messertrommel;
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3: Schneidmesser;
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4: Messertrommel mit mehrteiligem Schneidmesser;
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5: Mehrteiliges Schneidmesser in Isometrischer- und Schnittdarstellung;
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6: Mehrteiliges Schneidmesser von unten;
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7: Mehrteiliges Schneidmesser in Schrägansicht von unten;
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8: Schneidmesser nach dem Stand der Technik vor dem Verschleiß;
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9: Schneidmesser nach dem Stand der Technik nach dem Verschleiß;
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10: Schneidmesser mit erfindungsgemäßer Beschichtung vor dem Verschleiß;
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11: Schneidmesser mit erfindungsgemäßer Beschichtung nach dem Verschleiß.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Schneidvorrichtung 1 mit einer benachbart angeordneten Pressfördereinrichtung 2 zu erkennen. Die Pressfördereinrichtung 2 umfasst zwei konvergierend aufeinander zulaufend angeordnete Pressförderketten 3 und 4, zwischen denen der Tabakkuchen in Pfeilrichtung 5 durch einen in einer Trennwand 12 angeordneten Spalt 6 gepresst und der Schneidvorrichtung 1 zugeführt wird. Die Schneidvorrichtung 1 ist durch eine um eine Rotationsachse 9 in Pfeilrichtung 13 rotierende Messertrommel 7 gebildet, welche wenigstens ein nach außen vorstehendes Schneidmesser 10 aufweist. Das Schneidmesser 10 tritt in einem spitzen Winkel durch die Mantelfläche der Messertrommel 7, so dass die mit dem Bezugszeichen 21 versehene Seitenfläche des Schneidmessers 10 in einem Winkel von kleiner als 90 Grad zu dem Umfang der Messertrommel 7 ausgerichtet ist. Das Schneidmesser 10 ist mit einer Schnittkante 20 in Richtung des durch den Spalt 6 zugeführten Tabakkuchens gerichtet, so dass das Schneidmesser 10 bei einer Rotation der Messertrommel 7 in Pfeilrichtung 13 Tabakfasern von dem kontinuierlich zugeführten Tabakkuchen abschneidet, sobald der Tabakkuchen in den durch die Rotation der Schnittkante 20 definierten Schnittkreis eintritt. Der Tabakkuchen wird in der Pressfördereinrichtung 2 zu einem festen Block verdichtet, welcher dem Schneidmesser 10 einen entsprechenden Widerstand entgegensetzt und aufgrund seiner nur geringen Verformbarkeit einen sauberen Schnitt ermöglicht. Ferner ist an der Schneidvorrichtung 1 ein feststehender oder rotierend angetriebener Schleifkörper 8 vorgesehen, an dem das Schneidmesser 10 bei jeder Umdrehung der Messertrommel 7 einmal vorbeigeführt wird, so dass die Schnittkante 20 nachgeschliffen wird. Der Spalt 6 ist einseitig durch ein Gegenmesser 29 begrenzt, welches mit seiner Schnittkante in einem sehr geringen Abstand 30 von 0,05–0,2 mm zu dem durch die Schnittkante 20 des Schneidmessers 10 definierten Schnittkreis angeordnet ist. Der Abstand 30 ist in der 1 zur besseren Erkennbarkeit übertrieben groß dargestellt.
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Es ist in der Darstellung nur ein Schneidmesser 10 dargestellt; sinnvollerweise sind aber zusätzliche Schneidmesser 10 über den Umfang verteilt an der Messertrommel 7 vorgesehen, so dass sich eine höhere Schnittfrequenz bei gleicher Drehzahl der Messertrommel 7 ergibt. Die Messertrommel 7 rotiert während des Schnittvorganges mit 150–660 U/min, so dass bei einer Anzahl von acht über den Umfang der Messertrommel verteilt angeordneten Schneidmessern 10 Streifen von Tabakfasern in einer Dicke von 0,4 bis 3,0 mm je nach der Fördergeschwindigkeit der Pressfördereinrichtung 2 von dem Tabakkuchen abgeschnitten werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Dicke der Streifen auch durch eine Veränderung der Anzahl der über den Umfang verteilt angeordneten Schneidmesser 10 oder durch eine Veränderung der Drehzahl der Messertrommel 7 verändert werden.
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In einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Schneidvorrichtung
1 auch eine rotierende Scheibe statt der Messertrommel
7 aufweisen, wobei die oder das Schneidmesser
10 in diesem Fall an einer Seitenfläche der rotierenden Scheibe in Radialrichtung verlaufend angeordnet ist oder sind. Eine solche Ausführungsform ist aus der
EP 1 532 870 A1 bekannt, welche damit hinsichtlich dieser Ausführungsform der Schneidvorrichtung ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung hinzuzurechnen ist.
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Da der Tabakkuchen vor dem Schneiden zu einem festen unverformbaren Block zusammengepresst wird, wird in dem Schneidmesser 10 während des Schnittvorganges eine mechanische Biegebeanspruchung erzeugt und zwar in der Art, dass in der Seitenfläche 21 eine Zugspannung und in der Seitenfläche 22 (siehe z. B. 10 und 11) eine Druckspannung erzeugt wird. Um diese Biegespannungen möglichst gering zu halten, ist das Schneidmesser 10 möglichst großflächig an der Messertrommel 7 eingespannt und die Schnittkante 20 möglichst dicht an dem Umfang der Messertrommel 7 angeordnet.
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In den 2 und 4 ist die Messertrommel 7 als Einzelteil mit einem näher dargestellten mehrteiligen Schneidmesser 10 und einer Abdeckplatte 19 zu erkennen. Das mehrteilige Schneidmesser 10 ist aus einer kammartigen Schneidplatte 17 und einer Unterstützungsplatte 18 gebildet und über die Abdeckplatte 19 von außen an der Messertrommel 7 befestigt. Die Messertrommel 7 ist dazu oktogonal mit planen Flächen an dem Außenumfang ausgebildet, an denen die Schneidmesser 10 befestigt sind. Wie in der 3 zu erkennen ist, kann das Schneidmesser 10 alternativ aber auch einteilig mit mehreren Fingern 14 und 15 ausgebildet sein, wobei es in diesem Fall zur Erzielung der erforderlichen mechanischen Steifigkeit entsprechend dicker als die Schneidplatte 17 ausgebildet ist.
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In den 5, 6 und 7 ist das mehrteilige Schneidmesser 10 als Einzelteil in verschiedenen Darstellungen zu erkennen. Die Unterstützungsplatte 18 liegt mit der Seitenfläche 26 an einer Seitenfläche 22 der Schneidplatte 17 an und kann zur Fixierung der Schneidplatte 17 eine oder mehrere Ausnehmungen aufweisen, in der die Schneidplatte 17 mit den Fingern 14 und 15 zumindest teilweise aufnehmbar ist. Durch die Ausnehmungen kann die Gesamtdicke des Schneidmessers 10, gebildet aus der Schneidplatte 17 und der Unterstützungsplatte 18, verringert werden. Außerdem kann die Schneidplatte 17 durch eine entsprechende Formgebung der Ausnehmung seitlich gegenüber der Unterstützungsplatte 18 fixiert werden, wobei insbesondere die Finger 14,15 gegen ein seitliches Verschieben unterstützt werden.
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Die Schneidplatte 17 mit den Fingern 14, 15 kann sowohl aus einem Stück gefertigt sein, als auch aus einer Vielzahl von Einzelstücken gefertigt sein, so dass die Finger 14, 15 einzeln montierbar und austauschbar sind.
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Das Schneidmesser 10 in 3 ist an den Fingern 14, 15 zur Bildung einer in den 8 bis 11 zu erkennenden Schnittkante 20 zu einem spitzen Winkel 16 geformt. Bei einem mehrteiligen Aufbau des Schneidmessers 10 ist sowohl die Schneidplatte 17 an der Stirnseite 17a der Finger 14, 15 zu einem spitzen Winkel 16a als auch die Unterstützungsplatte 18 an der Stirnseite 18a zu einem Winkel 16b geformt. Die Winkel 16a und 16b sind bevorzugt identisch, und entsprechen dem Winkel 16, welcher bevorzugt 15–25 Grad, bevorzugt bis 35 Grad und besonders bevorzugt 23,5 Grad betragen sollte, damit sich der erfindungsgemäß bezweckte Selbstschärfungseffekt einstellt. Die Unterstützungsplatte 18 ist dabei gegenüber der Schneidplatte 17 soweit versetzt, dass sich die Stirnseiten 17a und 18a zu einer ebenen Fläche ohne vorstehende Kanten und Absätze ergänzen. Durch die so geschaffene ebene Fläche wird verhindert, dass aus dem Tabakkuchen einzelne Tabakfasern herausgezogen werden und der Tabakkuchen ausfranst. Die Unterstützungsplatte 18 liegt mit der Seitenfläche 26 an der Seitenfläche 22 der Schneidplatte 17 an, in der während des Schnittvorganges durch den formstabilen Tabakkuchen die Druckspannung erzeugt wird, welche ohne die Unterstützungsplatte 18 zu einer Verformung der Schneidplatte 17 mit einer entgegen der Schnittbewegung weg gedrückten Schnittkante 20 führen würde. Die Unterstützungsplatte 18 bewirkt dadurch eine im Wesentlichen gleichbleibende Ausrichtung der Schnittkante 20 auch bei hohen Biegespannungen.
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Die kammartige Formgebung der Schneidplatte 17 bzw. des Schneidmessers 10 bewirkt dabei, dass die Tabakfasern in Streifen von dem Tabakkuchen abgetrennt werden, wodurch wiederum die gemittelte Länge der abgetrennten Tabakfasern verkürzt wird. Außerdem werden durch die Zwischenräume zwischen den Fingern 14, 15 Freiräume geschaffen, in die die Tabakfasern entweichen können, so dass die Tabakfasern zumindest im Bereich der Schnittfläche nicht seitlich komprimiert werden und die Tabakfasern in den abgetrennten Streifen insgesamt einen lockereren Verbund bilden.
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Soweit über den Umfang der Messertrommel 7 verteilt mehrere Schneidmesser 10 vorgesehen sind, sind die Finger 14, 15 der benachbart angeordneten Schneidmesser 10 vorzugsweise versetzt zueinander ausgerichtet, so dass die Finger 14, 15 der aufeinanderfolgenden Schneidmesser 10 nie einen deckungsgleichen Streifen von dem Tabakkuchen abtrennen. Die Finger 14, 15 des folgenden Schneidmessers 10 können dabei vorzugsweise derart angeordnet und bemessen sein, dass sie diejenigen Streifen von dem Tabakkuchen abtrennen, welche durch die Zwischenräume zwischen den Fingern 14, 15 des vorangegangenen Schneidmessers 10 nicht von dem Tabakkuchen abgetrennt wurden. Dadurch können die Tabakfasern gleichmäßig mit einer weiter verkürzten gemittelten Faserlänge von dem Tabakkuchen abgetrennt werden, und die Tabakfasern werden insgesamt gleichmäßiger von dem Tabakkuchen abgeschnitten. Die Unterstützungsplatte 18 kann an der Stirnfläche 18a ebenfalls als Schnittkante ausgebildet sein, so dass der Tabakkuchen auch in dem Bereich zwischen den Fingern 14 und 15 des Schneidmessers 10 streifenförmig abgetrennt wird. Die Streifen, welche zwischen den Fingern 14 und 15 von dem Tabakkuchen abgetrennt werden, weisen in diesem Fall aber eine geringere Dicke als die von den Fingern 14 und 15 abgetrennten Streifen auf.
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In den 8 und 9 ist ein einteiliges Schneidmesser 10 nach dem Stand der Technik zu erkennen. Bei einem mehrteiligen Schneidmesser 10 wäre dies die Schneidplatte 17 alleine oder der Verbund aus der Schneidplatte 17 und der Unterstützungsplatte 18. Das Schneidmesser 10 weist zwei Seitenflächen 21 und 22 und eine Stirnseite 17a auf. Die Stirnseite 17a ist zu der Seitenfläche 21 in einem Winkel 16 angeordnet, und bildet mit dieser die Schnittkante 20, welche in der 8 noch nicht verschlissen ist. Die Stirnfläche 17a kann auch als Anschleiffläche der Seitenfläche 22 angesehen werden und weist daher eine identische Oberflächenhärte wie die Seitenfläche 22 auf, und kann daher auch als Teil der Seitenfläche 22 angesehen werden. In der 9 ist dasselbe Schneidmesser 10 nach einem Verschleiß 23 zu erkennen. Die Schnittkante 20 ist durch den Verschleiß 23 verrundet, so dass die Stirnfläche 17a zur Wiederherstellung der Schnittkante 20 mit einer dem neuwertigen Zustand entsprechenden Schärfe bis auf die gestrichelte Linie 27 um das Material 28 abgeschliffen werden müsste.
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In den 10 und 11 ist dasselbe Schneidmesser 10 mit einer erfindungsgemäß auf der Seitenfläche 21 vorgesehenen, die Oberflächenhärte erhöhenden Beschichtung 24 vor und nach einem Verschleiß 23 zu erkennen. Aufgrund der die Oberflächenhärte erhöhenden Beschichtung 24 ist der Materialabtrag bzw. der Verschleiß 23 an der Seitenfläche 21 deutlich geringer als an der Stirnfläche 17a bzw. an der Seitenfläche 22, so dass die Schnittkante 20 durch den Verschleiß asymmetrisch verrundet ist, und die Stirnfläche 17a nur um das Material 25 abgeschliffen werden muss, um die ursprüngliche Schärfe der Schnittkante 20 vor dem Verschleiß 23 wieder herzustellen.
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Die Beschichtung 24 ist dabei gezielt an Seitenfläche 21 angeordnet, welche in dem eingebauten Zustand des Schneidmessers 10 der Messertrommel 7 zugewandt ist. Damit ergibt sich nicht nur der Vorteil des beschriebenen Selbstschärfungseffekts, das Schneidmesser 10 wird dadurch außerdem gezielt an der Seitenfläche 21 versteift, in der die Zugspannungen erzeugt werden, so dass sich das Schneidmesser 10 während des Schnittvorganges weniger verformt. Bei dem beschriebenen mehrteiligen Schneidmesser 10 ist zudem zu beachten, dass die Unterstützungsplatte 18 an der Seitenfläche 22 der Schneidplatte 17 anliegt, welche die geringere Oberflächenhärte aufweist, wie z. B. in der 5 zu erkennen ist. Ferner wird das Schneidmesser 10 durch die vorgeschlagene Anordnung der Seitenfläche 21, an der die die Oberflächenhärte erhöhende Beschichtung 24 vorgesehen ist, durch den Schleifkörper 8 bewusst an der Seitenfläche 22 bzw. der Stirnfläche 17a nachgeschliffen, welche die geringere Oberflächenhärte aufweist, wodurch der „Biberzahneffekt” durch eine weitere Verringerung der Oberflächenhärte an der Seitenfläche 22 zusätzlich verstärkt wird.
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Die Seitenflächen 31 und 32, welche an die Seitenfläche 21 seitlich angrenzen (siehe 5), können vorzugsweise ebenfalls eine die Oberflächenhärte erhöhende Beschichtung aufweisen. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Oberflächenbeschichtung, indem das Schneidmesser 10 bzw. die Schneidplatte 17 während des Beschichtungsvorganges an einer Seitenfläche 22 gehalten wird, während die freien Seitenflächen 21, 31 und 32 in einem Tauchbad oder in einem Gas gehärtet werden. Dadurch wird zusätzlich der Vorteil erzielt, dass der Materialabtrag an den Seitenflächen 31, 32 ebenfalls geringer ist, und damit auch diese Schnittkanten eine erhöhte Standzeit aufweisen.
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Die Beschichtung 24 kann vorzugsweise Titannitrid (TiN) umfassen, wodurch die Verschleißbeständigkeit der Schneidmesser 10 besonders erhöht und im Umkehrschluss die Wartungsintervalle entsprechend verlängert werden können. Titannitrid ist neben der hohen Verschleißbeständigkeit außerdem sehr temperaturbeständig und reibungsarm, so dass hohe Schnittgeschwindigkeiten ohne eine nachteilige Erwärmung und Verformung der Schneidmesser 10 möglich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 872189 A1 [0002]
- EP 1532870 A1 [0039]
