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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schneidmesser, nämlich Rotationsschneidmesser in Scheibenform, insbesondere mit spiralförmiger Außenkontur.
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Derartige Messer werden auch als Sichelmesser bezeichnet und oftmals zum Aufschneiden von Lebensmittelprodukten wie zum Beispiel Wurst, Fleischwaren und Käse in Hochgeschwindigkeitsslicern eingesetzt.
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Moderne Hochleistungsslicer schneiden dabei Lebensmittestangen mittels eines um eine Achse rotierenden mit einer spiralförmigen, sichelförmigen Außenkontur versehenen Schneidmessers in Scheiben auf.
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Derartige Schneidmesser und deren Funktion ist hinlänglich bekannt und beispielsweise in der
DE 10 2007 040 350 A1 beschrieben.
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Die Produktionsleistung wird durch die Drehzahl des Sichelmessers und der Anzahl parallel betriebener Schneideinrichtungen bestimmt.
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Gemäß dem Stand der Technik sind 1500 Schnitte pro Minute und Schneideinrichtung üblich. Genauso üblich sind vier bis sechs parallele Produktstangen.
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Neben der Schnittleistung ist die Qualität der Schnitte von höchster Bedeutung. Die beim Schneiden abgetrennten Lebensmittelscheiben müssen vom Schneidmesser in eine genaue und reproduzierbare Position abgeworfen werden, da mehrere Lebensmittelscheiben geordnet und zumindest teilweise aufeinanderliegend eine Lebensmittelportion bilden sollen. Diese Lebensmittelportionen wie zum Beispiel in Schindel- oder Stapelform stellen das Endprodukt in marktübliche Verpackungen dar.
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Maßgeblich für die Schnitt- und Ablagequalität des Schneidmessers ist die Geometrie des Schneidkeiles der durch Flankenfläche und Schneidfläche des Schneidmessers begrenzt wird und denen gemeinsam die Schneidkante am radial äußeren Ende des Messers zugeordnet wird.
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Die Flankenfläche, Schneidfläche und Schneidkante bilden die Messerschneide.
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Es hat sich durch Versuche gezeigt, dass Leistungssteigerungen in Form von Drehzahlerhöhungen der Schneidmesser nur mit schlankeren Schneidkeilen, das heißt einem kleineren Winkel zwischen Flankenfläche und Schneidfläche der Schneidmesser bei Aufrechterhaltung der Ablagegenauigkeit möglich sind. Durch eine Verschlankung des tragende Materialquerschnittes der Schneidmesser stoßen herkömmlich gestaltete Schneidmesser aus Werkzeugstählen deren Messerschneiden mittels thermischer Verfahren gehärtet werden, an ihre Belastungsgrenzen. Bei hohen Materialhärten besteht einerseits Sprödbruch- und Rissbildungsgefahr, andererseits sind hohe Härtewerte nötig, um ausreichende Verschleißfestigkeit zu gewährleisten.
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Durch höhere Schneidleistungen steigt der Verschleiß der Schneidkante rapide an, was die Notwendigkeit zu häufigerem Nachschärfen, schlimmstenfalls verbunden mit Produktionsunterbrechungen führt. Durch häufigeres Nachschärfen sinkt die Gebrauchsdauer eines Schneidmessers insgesamt, da aufgrund des Materialverlustes die Anzahl der Nachschärfvorgänge begrenzt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher bei zähem und stoßunempfindlicheren Grundmaterial der Schneidmesser gleichzeitig eine höhere Verschleißfestigkeit der Schneidkante und der angrenzenden Schneid- bzw. Flankenfläche zu erreichen. Die Schneide des Messers soll dabei so ausgebildet sein, daß deren Schneideigenschaften über einen besonders langen Zeitraum mit gleichbleibender Qualität erhalten bleiben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schneidfläche und/oder die Flankenfläche mit einer Beschichtung versehen sind.
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Diese Beschichtung erhöht die Verschleißfestigkeit des Messers.
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Dabei hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die Beschichtung durch thermisches Spritzen, insbesondere durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgebracht ist.
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Hierdurch wird eine besonders gute Haftung und Qualität der Beschichtung sichergestellt.
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Weiterhin hat es sich gemäß einer Fortbildung der Erfindung als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die Beschichtung in einer Dicke zwischen 3 und 50 µm aufgebracht ist.
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Eine derart dünne Beschichtung ist völlig ausreichend.
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Erfindungsgemäß ist es auch sehr vorteilhaft, wenn die Beschichtung unterschiedliche Verschleißfestigkeiten aufweist, wobei die Schneidfläche verschleißfester beschichtet sein kann wie die Flankenfläche oder die Flankenfläche verschleißfester beschichtet sein kann wie die Schneidfläche.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Schneidkante durch gezielten Verschleiß der Flankenfläche oder Schneidfläche selbstnachschärfend ausgebildet ist.
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Durch eine solche Ausgestaltung wird mit einem definierten Verschleiß der Beschichtung sichergestellt, daß die Schneidkante immer von optimaler Qualität ist und hinreichend scharf für saubere Schnitte erhalten bleibt. Der Abtrag des weniger verschleißfesten Materials stellt sicher, daß immer verschleißfestes Material die Schneidkante bildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch sehr vorteilhaft, wenn das Beschichtungsmaterial eine metallische Legierung und/oder eine keramische Verbindung ist.
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Sowohl metallische Legierungen als auch keramische Verbindungen sind sehr verschleißfest und lassen sich mittel Hochgeschwindigkeitsflammspritzen so auf das Grundmaterial aufbringen, daß eine optimale Verbindung hergestellt ist.
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Ebenfalls sehr vorteilhaft ist es gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung, wenn die Schneidfläche und/oder die Flankenfläche in Teilflächen unterteilt ausgebildet sind, wobei die Unterteilung als Verzahnung ausgebildet sein kann.
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Hierdurch wird die Schnittqualität und die Schnittleistung nochmals positiv beeinflusst.
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Weiterhin hat es sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die Beschichtung Körner enthält, wobei die Körner hart ausgebildet sein und Kanten aufweisen können.
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Die Körner wirken als geometrisch unbestimmte Mikroschneiden und sorgen so dafür, daß die Schneidkante nochmals schärfer ist.
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Dabei hat es sich erfindungsgemäß als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die Kanten harter Körner Mikroschneiden bilden, wobei die Körner bei Verschleiß durch die Schneidkräfte aus dem Beschichtungsmaterial herausgelöst und so darunter liegende Körner freigelegt werden.
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Die Kanten der Körner wirken als geometrisch unbestimmte Mikroschneiden und sorgen so dafür, daß die Schneidkante nochmals schärfer ist. Zudem wirken bis zum Freilegen auch die beim Herauslösen der Körner gebildeten Vertiefungen bzw. deren Kanten als Mikroschneiden. Die Körner werden bei Verschleiß der Mikroschneiden durch die größer werdenden Kräfte aus der Beschichtung herausgelöst, wodurch darunter liegende Körner freigelegt werden.
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Ein erfindungsgemäß sehr vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schneidmessers liegt vor, wenn eine Beschichtung mittels thermischem Spritzen, insbesondere Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgebracht wird.
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Durch das Aufbringen der Beschichtung mittels thermischem Spritzen, insbesondere Hochgeschwindigkeitsflammspritzen wird die Beschichtung sehr gut mit dem Grundmaterial verbunden und gewährleistet so beste Haftung.
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Eine erfindungsgemäß sehr vorteilhafte Verwendung eines erfindungsgemäßen Schneidmessers liegt vor, wenn das Schneidmesser zum Aufschneiden von Lebensmittelprodukten eingesetzt wird, wobei der Einsatz in Hochgeschwindikeitsslicern vorgesehen sein kann.
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Durch diese Verwendung wird ein einheitliches Schnittbild der Slicer über die Standzeit der sichergestellt und die Standzeit der Messer erhöht.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele veranschaulicht.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Ansicht eines Schneidmessers,
- 2 einen Schnitt durch das Schneidmesser,
- 3 einen Teilschnitt durch das Schneidmesser mit einer auf der Schneidfläche aufgebrachten Beschichtung,
- 4 einen Teilschnitt durch das Schneidmesser mit einer auf der Flankenfläche aufgebrachten Beschichtung, und
- 5 einen Teilschnitt durch das Schneidmesser mit jeweils einer auf der Flankenfläche und der Schneidfläche aufgebrachten Beschichtung.
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In 1 ist die Ansicht eines Schneidmessers 1 mit sichelförmig gestalteter Schneidkante dargestellt. In der Mitte des Messers befindet sich zentrisch zu einer Rotationsachse 4 eine Aufnahmebohrung 2, die das Messer 1 auf einer angetriebenen nicht dargestellten Nabe zentriert. Umlaufend um die Aufnahmebohrung sind in diesem Beispiel vier kleinere Befestigungsbohrungen 3 zur Befestigung des Messers 1 mittels Schrauben an der Nabe zu erkennen. Der äußere Umfang des Messers 1 wird durch eine sichelförmige Schneidkante 5 gebildet. Bei Rotation des Messers in angegebener Rotationsrichtung R durchdringt die Messerschneide 5 Produkte, die sich zum Beispiel unterhalb des Messers 1 befinden mit einem sogenannten „ziehenden Schnitt“. Dabei finden Relativbewegungen der Schneidkante 5 sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung des Messers 1 statt. Alle Punkte der Schneidkante 5 des Schneidmessers 1 bewegen sich in einer Schneidebene 6, die senkrecht auf die Rotationsachse 4 steht.
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In 3 ist ein Teilschnitt durch ein Schneidmesser 1 insbesondere die Situation der Messerschneide 10 dargestellt. Die Rotationsachse 4 befindet sich horizontal oberhalb der stark vergrößerten Darstellung.
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Ausgehend von der Schneidkante 5 erstreckt sich in diesem Beispiel in radialer Richtung eine Flankenfläche 8. Es existieren auch Ausführungsformen mit nach innen um einen Freiwinkel geneigten Flankenflächen 8. Geneigte Flankenflächen 8 werden auch als Freiflächen bezeichnet, da sich die Berührung zwischen aufzuschneidendem Produkt und Schneidmesser 1 verringert, sinken die Reibungskräfte.
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Eine Schneidfläche 7 verläuft entlang der Schneidkante 5 um den Schneidwinkel α geneigt und bildet zusammen mit der Flankenfläche 8 einen Schneidkeil 9. In der Praxis erstreckt sich die Schneidfläche 7 über eine Schneidbreite B bevorzugt zwischen 0,5 und 1,5mm.
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Das Grundmaterial des erfindungsgemäßen Schneidmessers 1 besteht aus vergütetem Stahl, der auf hohe Festigkeitswerte bei noch hoher Duktilität vergütet ist. Auf die vorgearbeitete Schneidfläche 7 ist mittels thermischen Spritzen, insbesondere Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, eine harte Schicht 7a, bestehend aus pulverförmigem harten Material, zum Beispiel Wolframkarbid, aufgebracht, die durch das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit dem Grundmaterial und in sich verbunden ist. In 3 ist die Schicht 7a zu Anschauungszwecken übertrieben stark dargestellt. In der Praxis liegen die Schichtstärken bevorzugt zwischen 4µm und 50µm.
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Das Verfahren des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens bietet den Vorteil, dass das aufzubringende Material im festen Zustand mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2000m/s in die Werkstückoberfläche geschossen wird und sich durch die Aufprallenergie dort verkrallt. Die thermische Belastung des Grundmaterials bleibt dabei so gering, dass sich der Vergütungszustand des Materials nicht ändert.
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Die Eigenschaften des mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgebrachten Materials werden duch nur geringe oberflächlich eingebrachte Wärmeenergie nicht oder nur geringfügig verändert.
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Die Beschichtung 7a der Schneidfläche 7 bietet sich insbesondere bei Sichelmessern mit Verzahnung an. Die Verzahnungen an sich sind dem Fachmann wohl bekannt.
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Einer der großen Vorteile der der Beschichtung 7a der Schneidfläche 7 ist die einfache Nachschärfbarkeit des Messers 1 durch planparalleles Schleifen zur Schneidebene 6 der Flankenfläche 8.
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In 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Schneidmessers 1 dargestellt. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen aufgrund der Produktbeschaffenheit wie z.B. der Einschluss harter Pfefferkörner etc. im Schneidgut hoher Verschleiß an der Schneidkante 5 entsteht, ist eine Beschichtung 8a der Flankenfläche 8 mit einer besonders dünnen Schicht in der Größenordnung kleiner 10 µm von Vorteil. Durch den Verschleiß der Schneidfläche 7 wird die dünne harte Schicht 8a an der Schneidkante 5 freigelegt, was einem selbst tätigen Nachschärfen gleichzusetzten ist.
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In diesem Zusammhang ist es auch denkbar, daß sowohl sie Schneidfläche 7 als auch die Flankenfläche 8 mit einer Beschichtung 7a bzw. 8a versehen sind, wie dies in 5 dargestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schneidmesser
- 2
- Aufnahmebohrung
- 3
- Befestigungsbohrung
- 4
- Rotationsachse
- 5
- Schneidkante
- 6
- Schneidebene
- 7
- Schneidfläche
- 7a
- Beschichtung der Schneidfläche
- 8
- Flankenfläche
- 8a
- Beschichtung der Flankenfläche
- 9
- Schneidkeil
- 10
- Messerschneide
- α
- Schneidwinkel
- R
- Drehrichtung
- B
- Schneidbreite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007040350 A1 [0004]
