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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer axialen Referenzstellung eines Schneidmessers, insbesondere ein Verfahren zum Einstellen des Schneidspalts zwischen einem Schneidmesser und einer Schneidkante, an einer Vorrichtung zum Aufschneiden von Lebensmittelprodukten, insbesondere an einem Hochleistungs-Slicer. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Aufschneiden von Lebensmittelprodukten, insbesondere einen Hochleistungs-Slicer, mit einer Möglichkeit zum Ermitteln einer axialen Referenzstellung bzw. zum Einstellen des Schneidspalts.
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Heutige Aufschneidevorrichtungen für Lebensmittelprodukte, die auch als Slicer bezeichnet werden, besitzen üblicherweise ein sich in einer Schneidebene bewegendes Schneidmesser. Bei dem Schneidmesser kann es sich beispielsweise um ein rotierendes Sichelmesser oder um ein planetarisch umlaufendes und zusätzlich eine Eigenrotation ausführendes Kreismesser handeln. Zum Abtrennen von Scheiben von einem der Schneidebene zugeführten Lebensmittelprodukt wirkt das Schneidmesser mit einer so genannten Schneidkante zusammen, die den messerseitigen Abschluss einer Produktauflage darstellt, auf welcher das aufzuschneidende und der Schneidebene zugeführte Produkt während des Aufschneidebetriebs aufliegt.
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In der Praxis ist es zur Erzielung einer hohen Schneidqualität wichtig, den so genannten Schneidspalt, d.h. den axialen Abstand zwischen der die Schneidebene definierenden Schneide des Messers einerseits und der Schneidkante andererseits, möglichst präzise einstellen zu können. Dies ist auch deshalb wichtig, da die optimale Größe des Schneidspalts auch von der Art oder dem Typ der Schneidkante abhängig ist. Bei aus Kunststoff bestehenden Schneidkanten z.B. muss während des Aufschneidebetriebs eine Berührung der Schneidkante durch das Schneidmesser unbedingt ausgeschlossen werden, da ein Einschneiden in die Schneidkante fatale Folgen haben kann. Die Größe des Schneidspalts wird hier typischerweise auf 0,5 bis 1,0mm eingestellt. Bei Schneidkanten aus einem diesbezüglich weniger kritischen Material wie z.B. aus Edelstahl wird dagegen angestrebt, mit einem deutlich kleineren Schneidspalt zu arbeiten, der typischerweise 0,1mm oder weniger beträgt, wobei im manchen Fällen sogar mit einem praktisch auf Null reduzierten Schneidspalt geschnitten wird, d.h. praktisch eine Scherwirkung zwischen Schneidmesser und Schneidkante vorhanden ist.
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Das Einstellen des Schneidspalts kann durch eine axiale Verstellbewegung des Schneidmessers relativ zur Schneidkante erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Schneidkante relativ zum axial feststehenden Messer bewegt werden, um den Schneidspalt einzustellen. Moderne Slicer besitzen oft zusätzlich zu dem Rotationsantrieb für das Schneidmesser einen in der Regel auf eine Rotorwelle, an der das Schneidmesser lösbar angebracht ist, wirkenden Axialantrieb als Bestandteil einer Verstelleinrichtung, die primär dazu dient, das Schneidmesser während des Aufschneidebetriebs zur Durchführung so genannter Leerschnitte vorübergehend axial aus der Schneidebene heraus bzw. weiter von der Schneidkante weg zu fahren. Ein derartiger Axialantrieb wird in der Praxis auch dazu verwendet, den Schneidspalt einzustellen, und in einem solchen Fall ist es nicht notwendig und wird es auch nicht praktiziert, zur Schneidspalteinstellung die Schneidkante axial zu verfahren.
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Gleichwohl beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung alle Ausführungen zum axialen Verstellen des Schneidmessers analog auch auf ein axiales Verstellen der Schneidkante.
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Die Einstellung des Schneidspalts erfolgt in der Praxis meist unter Verwendung einer auch als Nullpunkt bezeichneten Referenzstellung, die dadurch definiert ist, dass das Schneidmesser die Schneidkante berührt. Ausgehend von dieser Referenzstellung wird zur Einstellung des Schneidspalts das Schneidmesser um eine dem jeweils gewünschten Schneidspalt entsprechende axiale Wegstrecke von der Schneidkante weg bewegt.
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Für die Schneidspalteinstellung ist es folglich erforderlich, diese Referenzstellung eindeutig zu erkennen, wobei es insbesondere für moderne Hochleistungs-Slicer aus wirtschaftlichen Gründen entscheidend ist, dass die Schneidspalteinstellung und somit das Erkennen der Referenzstellung schnell und automatisch erfolgen können. Bedeutsam ist dies vor allem vor dem Hintergrund, dass die Schneidspalteinstellung ein bei modernen Slicern sehr häufig durchzuführender Vorgang ist. So muss beispielsweise nach jedem Messerwechsel der Schneidspalt neu eingestellt werden, da die absolute Lage der Schneidebene im Slicer von dem jeweiligen Typ und dem jeweiligen Zustand, insbesondere dem Schleifzustand, des gerade verwendeten Schneidmessers abhängig ist. Zudem bestimmt auch die Art des aufzuschneidenden Produkts die jeweils benötigte Größe für den Schneidspalt. Auch andere Parameter eines jeweiligen Aufschneideprozesses, wie beispielsweise die Drehzahl des Messers, die zum Aufschneiden eines bestimmten Produkts benötigt wird, bestimmen die notwendige bzw. optimale axiale Position der Schneidebene relativ zur Schneidkante während des Aufschneidebetriebs.
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Methoden zum automatischen Einstellen des Schneidspalts unter Verwendung einer Referenzstellung, in der das Schneidmesser die Schneidkante berührt, sind im Stand der Technik bekannt.
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EP 2 279 064 B1 beispielsweise beschreibt die Verwendung eines Schwingungssensors zur Schneidspalteinstellung.
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In
EP 1 409 210 B1 ist eine Methode beschrieben, bei welcher der Stromanstieg einer Verstelleinrichtung zum axialen Verstellen des Schneidmessers gemessen wird, der sich einstellt, wenn mittels der Verstelleinrichtung das Schneidmesser gegen die Schneidkante bewegt wird. Ähnlich offenbart
WO 2005/009696 A1 eine Vorgehensweise, bei der ein Kontakt zwischen dem Messer und einer Schneidleiste durch den Anstieg des Drehmoments bzw. der Stromaufnahme des Antriebs des Messers erkannt wird.
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In
DE 10 2010 034 360 A1 geht es u.a. um das Erkennen eines so genannten Schleppfehlers eines den Rotationsantrieb des Schneidmessers bildenden Synchronmotors. Diese Methode hat den Vorteil, dass eine ohnehin vorhandene Steuerung bzw. Regelung des Antriebsmotors dazu verwendet werden kann, die erhöhte Leistungsaufnahme des Motors beim Berühren der Schneidkante durch das mittels des Motors drehangetriebene Schneidmesser zu erkennen. Allerdings erfordert diese Methode aufwendige Antriebstechnik, insbesondere teure Synchron- bzw. Asynchronmotoren, sowie eine ausgefeilte Auswertung der Leistungsparameter des betreffenden Motors, da derartige Motoren enorm leistungsstark sind und problemlos in kürzester Zeit die relativ niedrige zusätzliche Leistung erbringen können, die erforderlich ist, um den kurzzeitigen niedrigen Drehzahlabfall des Schneidmessers beim Berühren der Schneidkante zu kompensieren. Mit anderen Worten ist eine solche Methode nicht nur aufwendig, sondern auch relativ unscharf bzw. ungenau, d.h. nicht besonders feinfühlig für den sich beim Berühren der Schneidkante durch das Schneidmesser in der Leistungsaufnahme des Motors einstellenden geringen Effekt. Hierdurch erklärt sich die aufwendige Auswertung der Motor-Leistungsparameter, die erforderlich ist, um das Berühren der Schneidkante überhaupt zuverlässig nachweisen zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine schnell und automatisch durchzuführende sowie möglichst einfach und zuverlässig zu realisierende Möglichkeit zu schaffen, das Berühren der Schneidkante durch das Schneidmesser zu erkennen, um so eine axiale Referenzstellung des Schneidmessers relativ zur Schneidkante, oder umgekehrt, ermitteln und insbesondere hierauf basierend den für den Aufschneidebetrieb jeweils gewünschten Schneidspalt schnell und präzise einstellen zu können.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß wird das Schneidmesser mittels eines elektrischen Rotationsantriebs in Rotation um eine Achse versetzt, wird der Rotationsantrieb dekativiert, werden das aufgrund der Massenträgheit ohne Antrieb weiter rotierende Schneidmesser und die Schneidkante mittels eines Axialantriebs in axialer Richtung relativ zueinander bewegt und dabei aufeinander zu gefahren, wird die Drehzahl des Schneidmessers gemessen und hinsichtlich ihres zeitlichen Verhaltens ausgewertet, und wird das Überschreiten eines vorgegebenen Betrags für die Abnahme der Drehzahl als eine Berührung der Schneidkante durch das Schneidmesser und als Erreichen der Referenzstellung gewertet.
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Mit der Drehzahl (Formelzeichen n) des Schneidmessers ist die Winkel- oder Rotationsgeschwindigkeit (Formelzeichen ω) im Rahmen dieser Offenbarung gleichbedeutend, da die Drehzahl und die Winkelgeschwindigkeit über die Beziehung ω = 2πn zusammenhängen.
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Erfindungsgemäß kann das Schneidmesser axial relativ zur axial feststehenden Schneidkante oder umgekehrt die Schneidkante relativ zum axial feststehenden Schneidmesser verfahren werden. Im Prinzip können auch Schneidmesser und Schneidkante axial verfahren werden. Bevorzugt steht jedoch die Schneidkante fest und wird das Schneidmesser mittels eines ohnehin für die Durchführung von Leerschnitten vorgesehenen Axialantriebs verfahren.
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Während der Stand der Technik – wie eingangs erläutert – entweder spezielle Sensorsysteme (z.B. Schwingungssensor) oder einen aktiven Antrieb des Schneidmessers, entweder einen Axialantrieb oder den Rotationsantrieb des Schneidmessers, benötigt, da die bekannten Prinzipien darauf basieren, durch das Berühren der Schneidkante hervorgerufene Veränderungen des jeweils aktiven Antriebs zu erfassen, bedeutet die Erfindung eine völlige Abkehr von diesem bekannten Prinzip. Erfindungsgemäß wird nämlich das Berühren der Schneidkante in einem Zustand ermittelt, in welchem der Rotationsantrieb für das Schneidmesser deaktiviert ist.
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Unter "Deaktivieren" ist im Rahmen dieser Offenbarung insbesondere jede Maßnahme zu verstehen, die das Schneidmesser von dem Antrieb entkoppelt, so dass das Schneidmesser auslaufen und unabhängig von dem Antrieb das zeitliche Verhalten der Messerdrehzahl gemessen werden kann, um Einflüsse auf das Messer und somit die Drehzahl, insbesondere das Berühren der Schneidkante, ermitteln zu können. Das Deaktivieren kann z.B. durch mechanisches oder elektrisches Entkoppeln erfolgen. Beispielsweise kann eine Kupplung vorgesehen sein, um das Schneidmesser vom Antrieb zu trennen bzw. den Antriebsstrang an irgendeiner Stelle definiert zu unterbrechen. Alternativ kann der Rotationsantrieb durch geeignete Mittel stromlos geschaltet werden. Hierzu können z.B. geeignete Schütze vorgesehen sein.
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Die Erfindung zielt somit nicht auf das Detektieren von wie auch immer gearteten Veränderungen im Verhalten oder der Leistungsparameter des Antriebs ab, da derartige Veränderungen bei einem deaktivierten, z.B. mechanisch vom Schneidmesser bzw. Antriebsstrang entkoppelten oder stromlos geschalteten (ausgeschalteten), Rotationsantrieb überhaupt nicht auftreten und somit auch nicht detektiert werden können.
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Die Erfindung nutzt den Umstand aus, dass nach dem Deaktivieren des Rotationsantriebs das Schneidmesser und alle Teile (z.B. eine Rotorwelle, ein gegebenenfalls vorgesehener Antriebsriemens etc.), die bezüglich der Rotation mit dem Schneidmesser wirkverbunden sind, weiterrotieren bzw. sich weiterbewegen, und zwar im Prinzip solange, bis die kinetische Energie durch Reibung etc. aufgezehrt ist. Die Drehzahl des Schneidmessers nimmt also nach dem Deaktivieren des Rotationsantriebs ab. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das zeitliche Verhalten der Drehzahl bzw. der Drehzahlabnahme nach dem Deaktivieren des Rotationsantriebs vorhersagbar bzw. messbar ist, und dass dieses zeitliche Verhalten der Drehzahl des Messers bzw. des Bewegungsverhaltens der mit dem Messer wirkverbundenen Teile in einfach und zuverlässig detektierbarer Weise gestört wird, wenn das auslaufende Schneidmesser die Schneidkante berührt.
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Die Erfindung beruht folglich auf dem Prinzip, das auslaufende Schneidmesser und die Schneidkante axial gegeneinander zu fahren und die beim Berühren der Schneidkante auftretende erhöhte Drehzahlabnahme des Schneidmessers durch geeignete Mittel zu detektieren.
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Das Deaktivieren z.B. durch Stromlosschalten bzw. Ausschalten des Rotationsantriebs bedeutet insbesondere, dass der Antrieb aufgrund des anderenfalls eintretenden generatorischen Effekts keine Bremswirkung auf das System aufbringen kann. Insbesondere wird der betreffende Motor also elektrisch derart entkoppelt, dass er weder als Antrieb noch als Bremse (Generator) wirken kann. Eine mechanische Entkoppelung – wie vorstehend bereits erwähnt – ist gleichwohl ebenfalls erfindungsgemäß möglich.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die "Störung" des Drehzahlprofils durch Berühren der Schneidkante mit denkbar einfacher Sensorik schnell und zuverlässig erkennbar ist, wobei außerdem von Vorteil ist, dass in den meisten Slicern ohnehin vorhandene Mittel, die auch bei deaktiviertem Rotationsantrieb weiterhin genutzt werden können, zum Messen des zeitlichen Verhaltens der Schneidmesserdrehzahl nach dem Deaktivieren des Rotationsantriebs eingesetzt werden können. Ferner ist von Vorteil, dass keine teure Antriebstechnik mit aufwendiger Steuer- bzw. Regelelektronik benötigt wird, d.h. insbesondere die Verwendung teurer Synchron- bzw. Asynchronmotoren für den Rotationsantrieb sind nicht notwendig.
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Ein simpler Auswertealgorithmus kann beispielsweise in der Slicersteuerung hinterlegt werden, um in den gemessenen Drehzahldaten die das Berühren der Schneidkante anzeigende "Störung" zu erfassen.
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Die beim Auftreten dieser Störung gegebene axiale Position des Schneidmessers relativ zur Schneidkante kann dann als Referenzstellung bzw. Nullpunkt für die eigentliche Schneidspalteinstellung verwendet werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird während der Axialfahrt des Schneidmessers und/oder der Schneidkante nach dem Deaktivieren des Rotationsantriebs die momentane Drehzahlabnahme mit einem erwarteten oder zuvor bestimmten Basiswert verglichen.
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Insbesondere wird dieser Basiswert im Anschluss an das Deaktivieren des Rotationsantriebs automatisch bestimmt. Hierfür können die gleichen Mittel zum Einsatz kommen, die bis zum Berühren der Schneidkante und darüber hinaus die Drehzahl bzw. das zeitliche Verhalten der Drehzahl bzw. der Drehzahlabnahme pro Zeiteinheit messen.
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Es hat sich gezeigt, dass bis zum Berühren der Schneidkante die Drehzahl des auslaufenden Schneidmessers in guter Näherung linear abfällt. Ferner wurde festgestellt, dass nicht einmal eine vollständige Umdrehung des Schneidmessers notwendig ist, um diesen Gradienten bzw. diese (negative) Steigung zuverlässig mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen.
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Folglich kann für jede einzelne Ermittlung der Referenzstellung, d.h. für jeden Schneidspalteinstell-Vorgang, die dem jeweiligen Gesamtsystem innewohnende charakteristische Drehzahlabnahme nach dem Deaktivieren des Rotationsantriebs individuell gemessen werden. Dies ist für die Praxis von wesentlicher Bedeutung, da die Drehzahlabnahme von vielen systemspezifischen und anwendungsrelevanten Bedingungen wie beispielsweise der Umgebungstemperatur abhängig ist, welche unter anderem die Reibungswirkung des Lagerfettes in den Drehlagern der Rotorwelle und anderen rotierenden bzw. bewegten Komponenten bestimmt.
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Folglich kann die ohnehin verstreichende Zeit während der Axialfahrt des Schneidmessers bzw. der Schneidkante dazu genutzt werden, z.B. unmittelbar im Anschluss an das Deaktivieren des Schneidmessers einen Basiswert für die Drehzahlabnahme zu messen, mit welchem anschließend die aus den Messwerten jeweils ermittelte momentane Drehzahlabnahme permanent verglichen wird, um so eine erhöhte Drehzahlabnahme, die durch das Berühren der Schneidkante durch das Schneidmesser hervorgerufen wird, schnell und zuverlässig zu erkennen.
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Die Erfindung setzt nicht voraus, dass das Schneidmesser mit der für den eigentlichen Aufschneideprozess erforderlichen Arbeitsdrehzahl rotiert, bevor der Rotationsantrieb deaktiviert wird. Vielmehr genügt eine wesentlich niedrigere Drehzahl des Schneidmessers. So ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass vor dem Deaktivieren des Rotationsantriebs das Schneidmesser auf eine Drehzahl im Bereich von etwa 1 bis 100 Umdrehungen pro Minute gebracht wird.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, kann die Drehzahl des Schneidmessers grundsätzlich an jedem Teil des Slicers gemessen bzw. abgeleitet werden, das bezüglich der Rotationsbewegung mit dem Schneidmesser wirkverbunden ist. Dementsprechend wird in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Drehzahl des Schneidmessers an einem sich zusammen mit dem Schneidmesser weiterbewegenden Teil oder am Schneidmesser selbst gemessen. Bei dem Teil kann es sich um eine Messeraufnahme, eine das Messer bzw. eine Messeraufnahme tragende, vom Rotationsantrieb während des Aufschneidebetriebs drehangetriebene Rotorwelle, einen Riemen, mit dem der Rotationsantrieb eine Rotorwelle antreibt, oder um den rotierenden Teil des Antriebsmotors des Rotationsantriebs handeln.
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Insbesondere kann zur Messung der Drehzahl eine ohnehin im jeweiligen Slicer vorhandene Einrichtung eingesetzt werden, beispielsweise eine Einrichtung zur so genannten Stillstandsüberwachung oder ein Positionssensor z.B. in Form eines Encoders oder Drehwinkelgebers, der für den normalen Aufschneidebetrieb des Slicers ohnehin erforderlich ist.
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Derartige Teile stellen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insofern keine Bestandteile eines aktiven Rotationsantriebs dar, als sie bei deaktiviertem, z.B. ausgeschaltetem bzw. stromlos geschaltetem oder mechanisch entkoppeltem, Rotationsantrieb für die erfindungsgemäße Ermittlung der axialen Referenzstellung bzw. für die erfindungsgemäße Schneidspalteinstellung gleichwohl verwendbar sind.
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Prinzipiell kann es vorkommen, dass zu Beginn der Axialfahrt des Schneidmessers der Abstand zur Schneidkante derart groß ist, dass das Schneidmesser die Schneidkante nicht erreicht, bevor die Drehzahl unter einen bestimmten Mindestwert abgefallen ist. Dieser Mindestwert ist spezifisch für das jeweilige Gesamtsystem und zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass bei Unterschreiten des Mindestwertes eine zuverlässige Detektion der das Berühren der Schneidkante anzeigenden erhöhten Drehzahlabnahme nicht mehr sichergestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß kann nun vorgesehen sein, dass bei Unterschreiten eines derartigen vorgegebenen Mindestwertes für die Drehzahl ohne Detektion einer Berührung der Schneidkante der Axialantrieb gestoppt, der Rotationsantrieb wieder aktiviert, das Schneidmesser erneut in Rotation versetzt und der Rotationsantrieb wieder deaktivert wird, woraufhin die Axialfahrt des Schneidmessers bzw. der Schneidkante erneut aufgenommen und entsprechend dem erfindungsgemäßen Grundprinzip das Berühren der Schneidkante erkannt wird. Eine derartige Wiederholung kann erforderlichenfalls auch mehrfach erfolgen.
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Bei dem Rotationsantrieb, mit dem das Schneidmesser zum Ermitteln der Referenzstellung in Rotation versetzt wird, handelt es sich insbesondere um den Rotationsantrieb, der das Schneidmesser während des Aufschneidebetriebs mit einer Drehzahl insbesondere im Bereich von einigen 100 bis mehreren 1.000 Umdrehungen pro Minute antreibt.
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Des Weiteren ist insbesondere vorgesehen, dass der Axialantrieb, mit dem das Schneidmesser und die Schneidkante zum Ermitteln der Referenzstellung relativ zueinander verfahren werden, mit dem Axialantrieb identisch ist, der während des Aufschneidebetriebs das Schneidmesser und die Schneidkante beispielsweise zur Durchführung von Leerschnitten in axialer Richtung relativ zueinander bewegt.
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Folglich benötigt die Erfindung keinerlei zusätzliche Antriebe, um die axiale Referenzstellung zu ermitteln bzw. den Schneidspalt einzustellen.
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In einer Ausführungsform wird das Schneidmesser zum Ermitteln der Referenzstellung entgegen der für den Aufschneidebetrieb vorgesehenen Drehrichtung in Rotation versetzt. Hierdurch wird vermieden, dass das Messer beschädigt wird, wenn es während der Axialfahrt die Schneidkante berührt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einstellen des Schneidspalts wird zunächst gemäß dem vorstehend erläuterten Grundprinzip der Erfindung die axiale Referenzstellung des Schneidmessers ermittelt, in welcher das Schneidmesser die Schneidkante berührt. Ausgehend von dieser Referenzstellung wird dann das Schneidmesser in eine von der Schneidkante beabstandete Arbeitsstellung bewegt, wobei alternativ oder zusätzlich die Schneidkante bewegt werden kann.
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Um den dem Fachmann bekannten, auch als "Aufdeckelung" bezeichneten Effekt zu kompensieren, wonach – durch die Form des Schneidmessers bedingt – sich bei zunehmender Drehzahl der Schneidspalt aufgrund der auf das Schneidmesser wirkenden Zentrifugalkräfte vergrößert, kann erfindungsgemäß eine mehrstufige Vorgehensweise erfolgen. Insbesondere kann nach einer in einem ersten Schritt gemäß dem Grundprinzip der Erfindung erfolgenden Ermittlung der Referenzstellung in einem zweiten Schritt das Schneidmesser ausgehend von der Referenzstellung in eine von der Schneidkante beabstandete Zwischenstellung bewegt werden, woraufhin das Schneidmesser auf eine für den Aufschneidebetrieb vorgesehene Aufschneidedrehzahl gebracht, die Referenzstellung erneut ermittelt und das Schneidmesser anschließend in die Arbeitsstellung bewegt wird. Alternativ oder zusätzlich kann hierbei auch die Schneidkante bewegt werden.
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Diese Vorgehensweise kann folglich derart betrachtet werden, dass zunächst eine Grobeinstellung des Schneidspalts erfolgt und anschließend unter Berücksichtigung des vorstehend erläuterten Effekts die Feineinstellung des Schneidspalts vorgenommen wird.
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Der mit der Aufschneidedrehzahl durchgeführte zweite Schritt zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Schneidmesser in der Ausgangsstellung, also in der oben erwähnten Zwischenstellung, sich deutlich näher an der Schneidkante befindet als zu Beginn des ersten Schrittes. Insbesondere beträgt in der Zwischenstellung der Abstand zwischen dem Schneidmesser und der Schneidkante weniger als 1 mm und insbesondere weniger als 0,3 mm. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass die Geschwindigkeit der axialen Relativbewegung zwischen Schneidmesser und Schneidkante im zweiten Schritt deutlich kleiner ist als im ersten Schritt.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erfindungsgemäße Prinzip dazu genutzt werden, die Art oder den Typ der Schneidkante zu erkennen, insbesondere das Material der Schneidkante. Es kann nämlich aus dem zeitlichen Verhalten der Drehzahl des Schneidmessers nach dem Berühren der Schneidkante auf die Art oder den Typ der Schneidkante, insbesondere auf das Material der Schneidkante, geschlossen und anschließend die Größe des Schneidspalts in Abhängigkeit von der Art oder dem Typ der Schneidkante eingestellt wird.
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Es kann somit der Umstand ausgenutzt werden, dass das Maß der Drehzahlabnahme nach dem Berühren der Schneidkante von den Reibungsverhältnissen zwischen Schneidmesser und Schneidkante und somit von dem Material der Schneidkante abhängig ist.
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Hierbei wird also – allgemein ausgedrückt – das auslaufende Schneidmesser bzw. werden die auslaufenden Teile des Slicer gewissermaßen als ein Detektor eingesetzt, mit dem bestimmte Eigenschaften des Slicers, wie z.B. das Material der momentan montierten Schneidkante, erkannt werden können, und zwar aus dem zeitlichen Verhalten der Drehzahl des auslaufenden Schneidmessers bzw. der Bewegung des betreffenden Teils. Für dieses Prinzip wird auch unabhängig von der Ermittlung der Referenzstellung und der Schneidspalteinstellung Schutz beansprucht.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufschneiden von Lebensmittelprodukten, insbesondere ein Hochleistungs-Slicer, umfasst ein sich in einer Schneidebene, insbesondere rotierend und/oder umlaufend, bewegendes Schneidmesser, einen Rotationsantrieb für das Schneidmesser, mit dem das Schneidmesser um eine Achse in Rotation versetzbar ist, eine Schneidkante, mit der das Schneidmesser im Aufschneidebetrieb zusammenwirkt, und eine Verstelleinrichtung, mit der das Schneidmesser und die Schneidkante in axialer Richtung relativ zueinander verstellbar sind.
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Ferner umfasst die Vorrichtung eine Referenziereinrichtung, die zum Ermitteln einer axialen Referenzstellung des Schneidmessers, insbesondere zum Einstellen des Schneidspalts zwischen Schneidmesser und Schneidkante, dazu ausgebildet ist, bei deaktiviertem Rotationsantrieb die Drehzahl des aufgrund der Massenträgheit weiter rotierenden Schneidmessers zu messen und die gemessene Drehzahl hinsichtlich ihres zeitlichen Verhaltens auszuwerten.
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Die Referenziereinrichtung umfasst insbesondere eine Auswerte- und Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Überschreiten eines vorgegebenen Betrags für die Abnahme der Drehzahl zu erkennen, daraufhin die relative Axialfahrt zwischen Schneidmesser und Schneidkante zu stoppen und die erreichte axiale Position des Schneidmessers als Referenzstellung zu verwenden.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Auswerte- und Steuereinheit dazu ausgebildet ist, unter Verwendung der Referenzstellung das Schneidmesser und die Schneidkante mittels der Verstelleinrichtung relativ zueinander voneinander weg in eine entsprechend dem jeweils gewünschten Schneidspalt beabstandete Arbeitsstellung zu bewegen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sowohl der erfindungsgemäßen Verfahren als auch der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1 rein schematisch eine vereinfache Darstellung eines Hochgeschwindigkeits-Slicers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
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2 beispielhaft ein Diagramm für das zeitliche Verhalten der Drehzahl des Schneidmessers bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeits-Slicer.
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1 zeigt schematisch einen Hochgeschwindigkeits-Slicer zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Prinzips.
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Während eines Aufschneidebetriebs wird ein auf einer Produktauflage 23 aufliegendes Lebensmittelprodukt 25 in Richtung einer Schneidebene 21 zugeführt, die durch die Schneide eines Schneidmessers 11 definiert ist. Im dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem Schneidmesser 11 um ein um eine Achse 15 rotierendes Sichelmesser. Die Erfindung ist aber auch an Slicern einsetzbar, die ein planetarisch umlaufendes und zusätzlich eine Eigenrotation ausführendes Kreismesser aufweisen.
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Den messerseitigen Abschluss der Produktauflage 23 bildet eine so genannte Schneidkante 19, die auch als Schneidleiste oder Gegenmesser bezeichnet wird. In der Praxis handelt es sich bei der Schneidkante 19 z.B. um ein auswechselbares Bauteil aus Kunststoff.
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Während des Aufschneidebetriebs wirken das Schneidmesser 11 und die Schneidkante 19 zum Abtrennen von Scheiben vom Produkt 25 zusammen, wobei der so genannte Schneidspalt, d.h. der axiale Abstand zwischen der Schneidebene 21 und der Schneidkante 19, von Null verschieden ist und einen von unterschiedlichen Bedingungen abhängigen Wert besitzt. Dieser Sachverhalt ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
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Das Schneidmesser 11 wird von einer Rotorwelle 33 getragen, die in einer feststehenden Nabe 29 drehbar und in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist. Kombinierte Dreh- und Axiallager für derartige Zwecke sind grundsätzlich bekannt und brauchen an dieser Stelle nicht näher beschrieben zu werden. Bestimmte moderne Lager dieser Art zeichnen sich dadurch aus, dass Axialbewegungen der Rotorwelle eine gleichzeitige Rotationsbewegung der Rotorwelle zwingend erfordern. Die Erfindung kann mit derartigen modernen Axial- und Drehlagern eingesetzt werden.
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Die Nabe 29 ist an einer feststehenden Gehäusewand 27 angebracht, die den Schneidebereich von einem Antriebsbereich trennt.
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Im hinter der Gehäusewand 27 gelegenen Antriebsbereich befindet sich ein Rotationsantrieb, der unter anderem einen Elektromotor 13 umfasst. Ein an eine Stromversorgung 41 angeschlossener Stator 37 umgibt einen gleichzeitig als Antriebswelle 35 für die Rotorwelle 33 dienenden Läufer des Elektromotors 13. Der Drehantrieb für die Rotorwelle 33 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Antriebsriemen 31 in Form eines Zahnriemens. Der Elektromotor 13 und die Stromversorgung 41 sind in einem Motorgehäuse 43 angeordnet.
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In 1 ist zudem ein Schalter 39 angedeutet, der es ermöglicht, den Elektromotor 13 wahlweise entweder stromlos zu schalten, d.h. elektrisch zu entkoppeln, oder mit der Stromversorgung 41 zu verbinden.
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Der vorstehend erläuterte Aufbau des Slicers ist für die Erfindung nicht zwingend und soll lediglich eine beispielhafte Anordnung veranschaulichen.
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Mit den Bezugszeichen S1 bis S5 sind mögliche Positionen für hier lediglich schematisch angedeutete Sensoren bezeichnet, die jeweils einem Teil des Slicers zugeordnet sind, und zwar einem Teil, bei dem es sich entweder um das Schneidmesser 11 selbst oder um ein derart mit dem Schneidmesser 11 wirkverbundenes bzw. in Verbindung stehendes Teil handelt, das rotiert bzw. sich bewegt, wenn das Schneidmesser 11 rotiert, und zwar auch dann, wenn der Elektromotor 13 ausgeschaltet, d.h. von der Stromversorgung 41 getrennt und somit stromlos geschaltet ist.
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In einer praktischen Ausführungsform genügt prinzipiell ein einziger Sensor S1, S2, S3, S4 oder S5. Auch dienen die dargestellten Sensoren S1 bis S5 nur als Beispiele für mögliche Sensorpositionen.
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Der Sensor S1 veranschaulicht die erfindungsgemäße Möglichkeit, die Drehzahl der Antriebswelle 35 des Elektromotors 13 zu bestimmen. Insbesondere ist der Sensor S1 ein Bestandteil einer Encoder- oder Drehwinkelgeber-Einheit, die eine mit der Antriebswelle 35 verbundene Encoderscheibe 45 umfasst und ohnehin im Slicer vorhanden ist, um während des normalen Aufschneidebetriebs notwendige Drehzahlinformationen an eine nicht dargestellte Slicersteuerung bzw. -regelung zu liefern.
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Der Sensor S2 veranschaulicht die Möglichkeit, in geeigneter Weise unmittelbar die Drehzahl an der Antriebswelle 35 unabhängig von einer ohnehin vorhandenen Encoder- bzw. Drehwinkelgeber-Einrichtung zu messen.
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Des Weiteren veranschaulicht der Sensor S3 die erfindungsgemäße Möglichkeit, die Bewegung des Zahnriemens 31 zu erfassen und als Maß für die Drehzahl des Schneidmessers 11 oder einer anderen rotierenden Komponente zu verwenden.
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Durch den Sensor S4 ist die erfindungsgemäße Möglichkeit veranschaulicht, zur Bestimmung der Drehzahl die Rotation der Rotorwelle 33 zu nutzen.
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Schließlich veranschaulicht der Sensor S5 die Möglichkeit, an einer geeigneten Stelle unmittelbar die Rotation des Schneidmessers 11 selbst zu detektieren, um die Drehzahl des Schneidmessers 11 zu messen.
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Wie im Einleitungsteil bereits erläutert, wird zum Einstellen des Schneidspalts zwischen Schneidmesser 11 und Schneidkante 19 zunächst eine axiale Referenzstellung des Schneidmessers 11 ermittelt, in der das Schneidmesser 11 die Schneidkante 19 berührt. Hierzu wird gemäß einer bevorzugten Vorgehensweise zunächst bei von der Schneidkante 19 ausreichend weit beabstandetem Schneidmesser 11 dieses mittels des Elektromotors 13, der hierzu bei geschlossenem Schalter 39 an die Stromversorgung 41 angeschlossen ist, in Rotation versetzt und auf eine Drehzahl im Bereich von 1 bis 100 Umdrehungen gebracht.
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Anschließend wird der Elektromotor 13 durch Öffnen des Schalters 39 von der Stromversorgung 41 getrennt und somit stromlos geschaltet. Aufgrund der Massenträgheit rotieren das Schneidmesser 11 und die wirkverbundenen Teile wie die Rotorwelle 33, der Zahnriemen 31, die Antriebswelle 35 des Elektromotors 13 sowie die Encoderscheibe 45 trotz stromlos geschalteten Elektromotors 13 weiter. Eine Bremswirkung aufgrund einer Generatorwirkung des Elektromotors 13 tritt nicht auf, da der Elektromotor 13 elektrisch entkoppelt ist.
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Folglich kann nach dem Stromlosschalten des Motors 13 mittels eines oder mehrerer der Sensoren S1–S5 das Bewegungsverhalten der jeweiligen Komponente, insbesondere die Drehzahl des auslaufenden Schneidmessers 11, gemessen werden. Aus diesen Messdaten kann das zeitliche Verhalten der Drehzahl, und zwar insbesondere die zeitliche Abnahme der Drehzahl, gemessen werden.
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2 veranschaulicht das zeitliche Verhalten der Drehzahl in einem lediglich schematisch zu verstehenden Diagramm.
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Das Stromlosschalten des Elektromotors 13 erfolgt zum Zeitpunkt t1. Bis zu diesem Zeitpunkt wird das Schneidmesser 11 durch den Elektromotor 13 mit einer konstanten Drehzahl n0 aktiv angetrieben.
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Wie im Einleitungsteil bereits erläutert, ist der Abfall der Drehzahl nach dem Ausschalten des Elektromotors 13 näherungsweise linear. Erfindungsgemäß wird unmittelbar oder kurz nach dem Ausschalten des Elektromotors 13 ein Basiswert für die Drehzahlabnahme gemessen. Mit diesem Referenzwert für den Drehzahlgradienten wird die nachfolgend permanent gemessene Drehzahlabnahme wiederholt verglichen.
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Beispielsweise zu einem Zeitpunkt t2 nach dem Stromlosschalten des Elektromotors 13 wird damit begonnen, das Schneidmesser 11 axial in Richtung der Schneidkante 19 mittels des Axialantriebs 17 zu fahren. Dieser Zeitpunkt t2 ist allerdings nicht zwingend. Erfindungsgemäß ist es im Prinzip auch möglich, mit der Axialfahrt des Schneidmessers 11 bereits vor dem Stromlosschalten des Elektromotors 13 zu beginnen.
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In dem Diagramm der 2 berührt das axial in Richtung der Schneidkante 19 fahrende Messer 11 die Schneidkante 19 zum Zeitpunkt t3. Diese Berührung hat aufgrund der Reibungswirkung eine erhöhte Drehzahlabnahme pro Zeiteinheit zur Folge. Nach dem Berühren der Schneidkante 19 durch das Schneidmesser 11 ist folglich die Drehzahlabnahme ∆n2 deutlich größer als die bei frei auslaufendem Schneidmesser 11 erfolgende Drehzahlabnahme ∆n1, und zwar bezogen auf das gleiche Zeitintervall ∆t.
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Wird der zuvor gemessene Basiswert für den Drehzahlgradienten unter Berücksichtigung einer in 2 nicht dargestellten Toleranz oder Schwelle überschritten, so wird dies als eine Berührung der Schneidkante 19 durch das Schneidmesser 11 und somit als Erreichen der Referenzstellung bzw. Nullstellung gewertet.
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Der Axialantrieb 17 wird daraufhin gestoppt, und ausgehend von der Nullstellung kann nunmehr der Axialantrieb 17 in der umgekehrten Richtung betrieben werden, um das Schneidmesser 11 in eine Arbeitsstellung zu verfahren, in welcher die Schneidebene 21 entsprechend dem gewünschten Arbeitsspalt von der Schneidkante 19 axial beabstandet ist.
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Der konkrete zeitliche Verlauf der Drehzahl nach dem Berühren der Schneidkante 19 durch das Schneidmesser 11, also nach dem Zeitpunkt t3 in 2, ist von den Reibungsverhältnissen zwischen Schneidmesser 11 und Schneidkante 19 und somit vom Material der Schneidkante 19 abhängig, so dass durch Auswerten dieses zeitlichen Verhaltens der Drehzahl auf eine bestimmte Art bzw. einen bestimmten Typ von Schneidkante 19 geschlossen werden und anschließend die Größe des Schneidspalts entsprechend eingestellt werden kann, wie es im Einleitungsteil bereits erläutert wurde. Insbesondere können so Schneidkanten aus Metall (Edelstahl) von Schneidkanten aus einem anderen Material (insbesondere Kunststoff) eindeutig und zuverlässig unterschieden werden.
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Der Slicer ist hierdurch gewissermaßen zu einem Selbsttest bzw. einer Selbstdiagnose und folglich einer automatischen intelligenten Selbsteinstellung in der Lage.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Schneidmesser
- 13
- Rotationsantrieb, Elektromotor
- 15
- Achse
- 17
- Axialantrieb, Verstelleinrichtung
- 19
- Schneidkante
- 21
- Schneidebene
- 23
- Produktauflage
- 25
- Produkt
- 27
- Gehäusewand
- 29
- Nabe
- 31
- Antriebsriemen
- 33
- Rotorwelle
- 35
- Antriebswelle
- 37
- Stator
- 39
- Schalter
- 41
- Stromversorgung
- 43
- Motorgehäuse
- 45
- Encoderscheibe
- S
- Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2279064 B1 [0009]
- EP 1409210 B1 [0010]
- WO 2005/009696 A1 [0010]
- DE 102010034360 A1 [0011]