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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidscheibe für eine Küchenmaschine, wobei die Schneidscheibe eine im Wesentlichen ebene Grundscheibe und wenigstens eine sich von einem inneren Kreis mit einem inneren Radius bis zu einem äußeren Radius ersteckende Schneide mit einer von der Grundscheibe beabstandeten Schneidkante aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Schneidscheiben der oben angegebenen Gattung sind von Küchenmaschinen her bekannt. Geometrisch sind die Schneidscheiben in der Regel kreisrunde und im Wesentlichen ebene Objekte. Geringfügige Abweichungen von der Ebene liegen beispielsweise im Zusammenhang mit verstärkten Rändern, inneren Kupplungselementen für den Antrieb und Prägungen der Grundscheibe vor. Eine Schneide der Schneidscheibe ist so angeordnet, dass die Schneidkante von der Grundscheibe beabstandet ist. In einem Beispiel kragt die Schneide aus der Ebene der Grundscheibe aus. In einem anderen Beispiel befindet sich die Schneide in der Ebene der Grundscheibe und die Grundscheibe ist vor der Schneidkante abgesenkt. Vor der Schneidkante befindet sich immer ein Schlitz, durch den Scheiben abgeschnittenen Schnittgutes bei Verwendung der Schneidscheibe abgeführt werden. Die Schneidscheiben verwenden häufig Schneiden mit geraden Schneidkanten oder mit Schneidkanten, die bei einer Draufsicht auf die Schneidscheibe konvex gewölbt sind. Konvex gewölbt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Verbindungslinie zwischen dem radial inneren Ende der Schneidkante und dem radial äußeren Ende der Schneidkante sich in Bewegungsrichtung der Schneidscheibe bei bestimmungsgemäßem Gebrauch hinter der Schneidkante befindet. Konkav bedeutet entsprechend, dass sich die Schneidkante hinter der Verbindungslinie zwischen dem radial inneren Ende der Schneidkante und dem radial äußeren Ende der Schneidkante befindet. Von der Küchenmaschine „Kennwood FPM800“ sind auch sensenförmig konkav gewölbte Schneidkanten bekannt. Bei bekannten Schneidscheiben ist die Schnittqualität, insbesondere bei weichem Schnittgut, beispielsweise von Fleisch, Salami oder Schinken, durch plastische oder elastische Verformung des Schnittgutes in Nachbarschaft zu der Schnittfläche teilweise nicht optimal und entsprechend verbesserbar.
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Im Stand der Technik wurden theoretische Betrachtungen zu günstigen Konfiguration verschiedener gerader oder gewölbter Schneidkanten in folgendem Artikel veröffentlicht: Tony Atkins; Optimum blade configurations for the cutting of soft solids; Engineering Fracture Mechanics, Volume 73, Issue 16, November 206, Pages 2523–2531. Nach diesem Artikel wird eine optimale Schnittqualität dann erreicht, wenn das sogenannte Schnitt-zu-Druck-Verhältnis maximal ist. Theoretisch optimale Schneidkanten, beispielsweise in konvexer Spiralform, besitzen den praktischen Nachteil, dass die lange Schneidkante und ein entsprechend langer Schlitz in der Schneidscheibe vor der Schneidkante zu Instabilitäten der Schneidscheibe führen.
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Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mechanisch stabile Schneidscheibe bereitzustellen, die eine gute Schnittqualität liefert.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Schneidscheibe der oben angegebenen Gattung gelöst, die sich dadurch auszeichnet, dass die Schneidkante in wenigstens zwei unterschiedlich ausgerichtete oder unterschiedlich gekrümmte Schneidkantenabschnitte unterteilt ist, wobei zwischen dem inneren Radius und einem mittleren Radius ein innerer Schneidkantenabschnitt und zwischen dem mittleren Radius und dem äußeren Radius einen äußerer Schneidkantenabschnitt jeweils beide als nachlaufende Schneidkantenabschnitte oder jeweils beide als vorlaufende Schneidkantenabschnitte ausgerichtet sind, wobei bei nachlaufenden Schneidkantenabschnitten an der Schneidkante sich der mittlere Radius in einer Bewegungsrichtung der Schneidscheibe hinter dem inneren Radius und hinter dem äußeren Radius befindet, sodass eine konkave Schneidkante gebildet ist, und wobei bei vorlaufenden Schneidkantenabschnitten an der Schneidkante sich der mittlere Radius in einer Bewegungsrichtung der Schneidscheibe vor dem inneren Radius und vor dem äußeren Radius befindet, sodass eine konvexe Schneidkante gebildet ist.
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Die erfindungsgemäßen Schneidscheiben weisen also in unterschiedliche Schneidkantenabschnitte unterteilte Schneidkanten auf. Die Unterschiede der Schneidkantenabschnitte können beispielsweise bei zwei geraden Schneidkantenabschnitten in unterschiedlichen Ausrichtungen dieser Schneidkantenabschnitte innerhalb der Rotationsebene oder bei zwei gekrümmten Schneidkantenabschnitten in unterschiedlichen Krümmungstypen bestehen. Verschiedene Krümmungstypen sind beispielsweise kreisförmige Krümmungen und spiralförmige Krümmungen. Das Attribut „konkav“ steht für alle Arten von Einbuchtungen und Einkerbungen, bei denen die Mitte der Schneidkante gegenüber den Schneidkantenrändern in Bewegungsrichtung der Schneidscheibe zurückgesetzt ist. Das Attribut „konvex“ steht entsprechend für alle Schneiden mit einem vorstehenden zentralen Schneidkantenbereich. Konkave Schneidkanten und eine Verbindungslinie zwischen dem inneren Schneidkantenende und dem äußeren Schneidkantenende schließen eine Fläche ein, die im Folgenden als Nachlauffläche bezeichnet wird. Beide angrenzenden Schneidkanten sind nachlaufend angeordnet, das heißt, in Bewegungsrichtung befinden sich das innere Schneidkantenende und das äußere Schneidkantenende weiter vorn als die Schneidkante in ihrem weiteren Verlauf. Beim Schneiden von Schnittgut mit einer solchen Schneidscheibe befindet sich das Schnittgut in der Nachlauffläche und wird durch die nachlaufenden Schneidkanten nicht an den inneren oder an den äußeren Radius sondern auf einen mittleren Radius gedrängt. Dabei wurde überraschender Weise ein sehr gutes Schnittergebnis festgestellt. In anderen Ausführungsbeispielen führt ein spitzer Vorsprung einer konvexen Schneidkante zu einem guten Eindringen der Schneidkante in das Schnittgut und es wird ein sehr gutes Schnittergebnis erreicht.
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Die zwei verschiedenen Schneidkantenabschnitte können für unterschiedliche Aufgaben optimiert sein. Beispielsweise kann ein bei der Rotation vorderer äußerer Schneidkantenabschnitt wie eine Sichel in einem streifenden Schnittwinkel eingestellt sein, so dass das Schnittgut gut eingeschnitten wird. Der innere Schneidkantenabschnitt kann hingegen gerade oder gekrümmt kurz ausgeführt sein, sodass die Schneidscheibe einen kurzen Schlitz aufweist und sich entsprechend durch eine hohe Stabilität auszeichnet.
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Einige Schneidkantentypen funktionieren in konvexer Ausbildung ähnlich wie entsprechende konkave Schneidkantentypen. Die vorliegende Erfindung umfasst sowohl Ausführungen mit konkaven als auch konvexen Schneidkanten. Sowohl die Schneidscheiben mit in der Mitte vorstehenden also vorlaufenden Schneidkanten als auch solche mit in der Mitte zurückfallenden also nachlaufenden Schneidkanten sind mechanisch stabil und sie schneiden weiche Schnittgüter, beispielsweise Schinken, mit glatten Schnittkanten und entsprechend hoher Schnittqualität.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
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Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Vorzugsweise ist die Schneidkante der erfindungsgemäßen Schneidscheibe eine konkave Schneidkante. Die konkave Schneidkante ist mit dem Vorteil verbunden, dass das Schnittgut beim Schneiden von der konkaven Ausbuchtung oder der konkaven Einkerbung gut gefasst wird. Dadurch entstehen besonders saubere Schnitte und es entsteht beim Aufschneiden des Schnittgutes wenig Abfall.
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Eine bevorzugte Schneidscheibe weist eine V-förmige Schneidkante auf, wobei ein gerader innerer Schneidkantenabschnitt in einem Winkel zu einem geraden äußeren Schneidkantenabschnitt unter Ausbildung des „V“ angeordnet sind, wobei der innere Schneidkantenabschnitt bei einer konvexen Schneide in einem inneren Anstellwinkel zwischen 0 und 25° zu der Tangente an den inneren Radius ausgerichtet ist oder wobei der innere Schneidkantenabschnitt bei einer konkaven Schneidkante in einem inneren Anstellwinkel zwischen 155 und 180° zu der Tangente an den inneren Radius ausgerichtet ist. In einer Draufsicht auf eine solche Schneidscheibe haben die Schneide und die Schneidkante die Form des Buchstabens V. Die beiden Balken des V besitzen jeweils gerade Schneidkanten, die insbesondere als zwei Einzelkomponenten einfach gefertigt werden können. Die geraden Schneidkanten sind bezüglich den Tangenten der Kreise mit dem inneren Radius bzw. dem mittleren Radius in einem kleinen Winkel bis 25° ausgerichtet. Für konkave Schneiden ist dieser kleine Winkel am inneren Radius zur besseren Unterscheidbarkeit von den konvexen Schneiden als stumpfer Winkel angegeben, der entsprechend 155° oder größer ist. Für die Schnittqualität wichtig ist hier aber eigentlich der kleine Komplementärwinkel, der maximal 25° groß ist. Winkelvariationen in den angegebenen Winkelbereichen beeinflussen die Schnitt-Effizienz nur wenig.
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In einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Schneidscheibe sind der innere Anstellwinkel und ein äußerer Anstellwinkel jeweils so optimiert, dass insgesamt ein Schneid-zu-Druckverhältnis maximiert ist, wobei als Schneid-zu-Druck-Verhältnis ein Verhältnis vh/vv einer tangentialen bzw. horizontalen Geschwindigkeitskomponente vh zu einer normalen bzw. vertikalen Geschwindigkeitskomponente vv zwischen einem Schnittgut und der Schneidkante bezeichnet ist. Bei einer tangentialen oder horizontalen Bewegung des Schnittgutes („Schneid“) entlang der Schneidkante mit der Geschwindigkeitskomponente vh werden kleinere Kräfte auf das Schnittgut ausgeübt als bei einer normalen bzw. vertikalen Bewegung des Schnittgutes zu der Schneidkante mit einer vertikalen Geschwindigkeitskomponente vv, bei der durch („Druck“) auf das Schnittgut dieses verformt wird. Die Geschwindigkeitskomponenten sind an jedem Punkt der Schneidkante unterschiedlich. Durch eine Optimierung über alle Punkte wird insgesamt das beste Schneid-Ergebnis erzielt. Die Anstellwinkel können aber auch nach anderen Kriterien festgelegt werden.
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Vorzugsweise sind der innere Schneidkantenabschnitt und der äußere Schneidkantenabschnitt gleich lang. Dadurch können bei der Fertigung gleiche Teile für beide Schneidkanten verwendet und niedrige Produktionskosten erreicht werden. Es existieren aber auch Varianten der Erfindung mit unterschiedlich langen Schneidkantenabschnitten, die wiederum andere Vorteile besitzen. In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schneidscheibe ist der innere Anstellwinkel 15° groß und der äußere Schneidkantenabschnitt ist zu der Tangente an den mittleren Radius in einem mittleren Anstellwinkel von 160° ausgerichtet oder der innere Anstellwinkel ist 165° und der mittlere Anstellwinkel ist 20° groß. Diese beiden Fälle der Fallunterscheidung beziehen sich wieder auf konvexe bzw. konkave Schneiden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schneidscheibe ist die Schneidkante eine sichelförmige Schneidkante mit einem kreisförmigen inneren Schneidkantenabschnitt und einem logarithmisch spiralförmigen äußeren Schneidkantenabschnitt, wobei in dem äußeren Schneidkantenabschnitt ein Spiralsteigungswinkel an allen Punkten konstant groß ist, wobei der Spiralsteigungswinkel zwischen einer Tangente an einem zum Zentrum der Schneidscheibe konzentrischen Kreis und einer Tangente an den Schneidkantenabschnitt im Schnittpunkt mit dem Kreis definiert ist, und wobei der kreisförmige Schneidkantenabschnitt tangential an den spiralförmigen Schneidkantenabschnitt ansetzt.
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Bei dieser Ausführungsform hat der äußere Schneidkantenabschnitt eine spiralförmige optimierte Form für saubere Schnitte. Der relativ kurze innere Schneidkantenabschnitt sorgt für eine insgesamt kurze Länge der Schneidkante und folglich für ein stabiles Schneidblatt und auch für einen guten Griff des Schneidgutes. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser sichelförmigen Schneide ist der innere Schneidkantenabschnitt über 40% der Länge der Schneidkante und der äußere Schneidkantenabschnitt über 60% der Länge der Schneidkante erstreckt. Mit diesen Bedingungen werden die an die Schneidscheibe bestehenden Anforderungen besonders ausgewogen erfüllt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden an Hand von beispielhaften Ausführungsbeispielen in Figuren veranschaulicht. Diese Ausführungsbeispiele dienen der Veranschaulichung und nicht der Beschränkung der Erfindung.
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Es zeigen schematisch:
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1 ein Schneidscheibe mit einer sensenförmigen Schneide aus den Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht,
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2a eine erfindungsgemäße Schneidscheibe mit einer V-förmigen Schneide in einer perspektivischen Ansicht,
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2b die Schneidscheibe von 2a in Draufsicht,
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3 eine Konstruktionshilfszeichnung für eine V-förmige Schneide,
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4 eine Schneidscheibe mit einer spiralförmigen Schneide aus dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht,
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5a eine erfindungsgemäßes Schneidscheibe mit einer sichelförmigen Schneide in Draufsicht,
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5b die Schneidscheibe von 5a in einer perspektivischen Ansicht.
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Ausführliche Beschreibung an Hand von Ausführungsbeispielen
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Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten in Gegenüberstellung zum zugrundeliegenden Stand der Technik.
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1 zeigt zunächst eine Schneidscheibe aus dem Stand der Technik, nämlich von der Küchenmaschine „Kennwood FPM 800“, in einer perspektivischen Ansicht. In der Mitte der Schneidscheibe ist eine innenverzahnte Hülse zu erkennen, über die eine Aufnahme und ein Antrieb die Schneidscheibe im Uhrzeigersinn in der Küchenmaschine vorgesehen ist. Auf der rechten Seite in der Darstellung ist eine sensenförmige Schneide zu erkennen, an deren Vorderkante sich eine Schneidkante befindet. Diese Schneidscheibe liefert zwar teilweise gute Schneidergebnisse. Bei weichen Schnittgütern, beispielsweise Schinken, ist die Schnittqualität aber verbesserbar.
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2a zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schneidscheibe 1 mit einer V-förmigen Schneide 2 in einer perspektivischen Ansicht. Die gleiche Schneidscheibe 1 ist in 2b in einer Ansicht von oben gezeichnet. Die Grundscheibe 3 ist der mechanische Grundkörper der Schneidscheibe 1. An der Grundscheibe 3 ist die Schneide 4 befestigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schneide 3 aus zwei Teilschneiden zusammengesetzt und in einem festen Abstand über der Grundplatte 2 montiert. Die Grundplatte 2 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im offenen Bereich des V, der auch als Nachlauffläche 7 bezeichnet ist, etwas nach unten verformt, so dass der die Schnittbreite des Schnittgutes bestimmende Abstand teilweise durch ein Hochstehen der Schneidkante und teilweise durch ein Tiefstehen des Grundscheibenabschnittes vor der Schneidkante ausgebildet ist. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Scheide 3 höhenverstellbar montiert. Die Schneide weist in vorgesehener Bewegungsrichtung vorn eine Schneidkante 4 auf. Bei der erfindungsgemäßen Schneidscheibe 1 ist die Schneidkante 4 in zwei unterschiedliche Schneidkantenabschnitte 5, 6 unterteilt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein innerer Schneidkantenabschnitt 5 so ausgerichtet, dass er als Funktion des Radius der Schneidscheibe betrachtet einen negativen Anstieg hat. Ein äußerer Schneidkantenabschnitt 6 ist hingegen so ausgerichtet, dass er als Funktion des Radius der Schneidscheibe betrachtet einen positiven Anstieg hat. In diesem Fall unterscheiden sich die beiden Schneidkantenabschnitte 5, 6 also in ihrer zueinander entgegengesetzten Ausrichtung. Die entgegengesetzte Ausrichtung korrespondiert mit einem positiven und einem negativen Anstieg bei einer Darstellung des Schneidkantenverlaufs als Funktion des Radius.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Rotation im Urzeigersinn vorgesehen. Die Schneide 3 ist entsprechend eine konkave Schneide 3, bei der der innere Schneidkantenabschnitt 5 und der äußere Schneidkantenabschnitt 6 eine Nachlauffläche 7 teilweise einrahmen. In der Nachlauffläche 7 wird das Schnittgut gut gegriffen und es wird ein sauberer Schnitt erreicht. Das V ist auch hinreichend klein ausgebildet, um die mechanische Stabilität der Schneidscheibe 1 zu gewährleisten.
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2b zeigt, dass der innere Schneidkantenabschnitt 5 in einem Anstellwinkel ☐☐ von etwa 165° zu der Tangente an den Punkt P, der das Ende des inneren Schneidkantenabschnittes 5 am inneren Radius r1 markiert, ausgerichtet ist. Der Komplementärwinkel zu der Tangente ist entsprechend mit 15° ein kleiner Winkel. Der äußere Schneidkantenabschnitt 6 hat in dem Ausführungsbeispiel die gleiche Läge wie der innere Schneidkantenabschnitt 5 und er ist in einem Anstellwinkel ☐☐ von etwa 20° zu der Tangente an dem mittleren Radius r2 ausgerichtet. Der innere Schneidkantenabschnitt 5 und der äußere Schneidkantenabschnitt 6 schließen einen V-Winkel θ ein. Mit diesen gezeigten Winkeln ist das Schneid-zu-Druck-Verhältnis bei den gegebenen Schneidkanten 5, 6 optimiert.
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Die zur Optimierung des Schneid-zu-Druck-Verhältnisses benutzten Geschwindigkeitskomponenten vh und vp sind in 3 gezeigt. In 3 ist der innere Schneidkantenabschnitt 5 in einem spitzen Anstellwinkel ☐☐☐ dargestellt, bei dem eine konvexe Schneide mit einer Vorsprung 8 bei dem mittleren Radius r2 vorliegt. Der äußere Schneidkantenabschnitt 6 ist der besseren Übersicht halber nicht mit dargestellt.
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4 zeigt eine Schneidscheibe aus dem Stand der Technik, die von Tony Atkins in dem eingangs angegeben Artikel als Ergebnis einer Optimierung einer gekrümmten Schneide angegeben wurde. Bei dieser Schneidscheibe hat die Schneide eine logarithmisch spiralförmig verlaufende Schneidkante. In der Praxis erwies sich eine solche Schneidscheibe als instabil.
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5a und 5b zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schneidscheibe 1’ in einer Draufsicht und in einer perspektivischen Ansicht. Die Besonderheiten der Schneidscheibe 1’ werden beim Vergleich von 5a mit 4 deutlich. Die Schneide 3 besitzt hier einen kreisförmigen inneren Schneidkantenabschnitt 5 und einen logarithmisch spiralförmigen äußeren Schneidkantenabschnitt 6. An dem inneren Radius r1 und an dem äußeren Radius r3 sind beide Schneidkantenabschnitte 5, 6 nachlaufend angeordnet, sodass Schnittgut in die Nachlauffläche 7 und zwischen die Schneidkantenabschnitte 5, 6 gedrängt wird. Überraschend zeichnet sich die Schneidscheibe 1’ durch sehr gute Schneidergebnisse aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1’
- Schneidscheibe
- 2
- Grundscheibe
- 3
- Schneide
- 4
- Schneidkante
- 5
- innerer Schneidkantenabschnitt
- 6
- äußerer Schneidkantenabschnitt
- 7
- Nachlauffläche
- 8
- Vorsprung
- r1
- innerer Radius
- r2
- mittlerer Radius
- r3
- äußerer Radius
- θ
- V-Winkel
- ☐☐
- innerer Anstellwinkel
- ☐☐
- mittlerer Anstellwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Tony Atkins; Optimum blade configurations for the cutting of soft solids; Engineering Fracture Mechanics, Volume 73, Issue 16, November 206, Pages 2523–2531 [0003]
