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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Schneiden eines Produkts,
insbesondere zum Schneiden eines Produktteppichs, gemäß der im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 näher
definierten Art aus.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der Praxis bekannt und dient beispielsweise
als Ultraschall-Schneideinrichtung zum Schneiden eines Produktteppichs
aus einem Nahrungsmittel. Der Produktteppich, welcher eine großflächige Schicht
des Nahrungsmittels darstellt und auf einem Förderband aufliegt, wird mittels
der Vorrichtung quer zu seiner Förderrichtung
zerschnitten.
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Die
bekannte Vorrichtung ist derart aufgebaut, daß sie ein Schneidmesser umfaßt, das
in einem Rahmen angeordnet und axial vorgespannt ist. Die Vorspannung
des Schneidmessers erfolgt mittels einer an einem Ende des Schneidmessers
angreifenden Spanneinrichtung. An dem anderen Ende des Schneidmessers
greift eine piezoelektrische Betätigungseinheit
an, mittels der das Schneidmesser zum Schneiden des Produktteppichs
zu Longitudinalschwingungen angeregt wird. Die Longitudinalschwingungen
haben eine Frequenz, die im Ultraschallbereich liegt und beispielsweise
einen Betrag von etwa 40 kHz hat.
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An
einem solchen Schneidmesser bilden sich während der Schwingung sogenannte
Schwingungsknoten in äquidistanter
Weise aus. Die Schwingungsknoten stellen schwingungsfreie Zonen
dar, in denen sich insbesondere bei klebrigen Produkten lokal Produktteilchen
an dem Schneidmesser anlagern können.
Diese Anlagerungen können
nachteilhafterweise die Güte
des Schneidprozesses beeinträchtigen.
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Aus
diesem Grunde werden Ultraschall-Schneidmesser im Nahrungs- bzw.
Genußmittelbereich
vorwiegend zum Schneiden von Produkten mit relativ geringem Anhaftpotential,
wie beispielsweise zum Schneiden von Backwaren und Tiefkühlkost,
eingesetzt. Zum Schneiden klebriger Massen ist der Einsatz von Ultraschall-Schneidmessern bisher
aufgrund des beschriebenen Anhaftpotentials problematisch.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Schneiden eines Produkts, insbesondere zum Schneiden eines Produktteppichs, mit
den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, welche
Vorrichtung mindestens einen Schwingungsgenerator zur Erzeugung
von Transversalschwingungen des Schneidmessers aufweist, hat demgegenüber den
Vorteil, daß mit
ihr auch klebrige Massen rückstandsfrei
geschnitten werden können,
da den durch die Longitudinalschwingungen an dem Schneidmesser entstehenden
Schwingungsknoten eine hierzu quer gerichtete Schwingung überlagert wird,
welche Produktablagerungen an dem Schneidmesser unterbindet. Gegebenenfalls
anhaftende Produktrückstände werden
durch die quer zur Schneidrichtung erfolgenden Transversalschwingungen
sofort wieder entfernt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt der Schwingungsgenerator
einen piezoelektrischen Antrieb. Der piezoelektrische Antrieb wird
im Betrieb der Vorrichtung einfach mit einer hochfrequenten Wechselspannung
beaufschlagt, so daß eine
dadurch von einem piezoelektrischen Aktuator ausgeübte Schwingung auf
das Schneidmesser übertragen
wird. Mittels des piezoelektrischen Antriebs können an dem Schneidmesser Beschleunigungswerte
von etwa 5000 g erreicht werden, so daß etwaig anhaftende Produktteilchen
bzw. -rückstände regelrecht
abgeschüttelt
werden.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausführungsform der
Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist der piezoelektrische Antrieb über eine als Amplitudentransformator
wirkende Sonotrode mit dem Schneidmesser verbunden. Die Sonotrode
gewährleistet
auch, daß das
System mit seiner Eigenfrequenz schwingt, so daß die Amplitude des Schneidmessers
einen maximalen Wert an nehmen kann. Die Amplitude der Transversalschwingungen
des Schneidmessers beträgt
beispielsweise einige hundertstel Millimeter. Die Amplitude der
Transversalschwingung liegt in der Größenordnung der Amplitude der
Longitudinalschwingungen, die das Schneidmesser durchführt.
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Die
Frequenz der Transversalschwingungen, zu denen der Schwingungsgenerator
das Schneidmesser anregt, liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen
30 kHz und 50 kHz, vorzugsweise bei etwa 40 kHz.
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Bei
einer besonders einfachen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Schwingungsgenerator direkt an dem Schneidmesser fixiert.
Dies kann beispielsweise über
eine Schraubverbindung erfolgen. Diese Ausführungsform kann durch Nachrüsten einer
herkömmlich
ausgebildeten Ultraschall-Schneidvorrichtung mit einem entsprechend
modifizietern Schneidmesser hergestellt werden.
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Alternativ
kann der Schwingungsgenerator aber auch an einem Rahmen zur Aufnahme
des Schneidmessers fixiert sein. In diesem Falle ist dann nur die
Sonotrode, die mit dem piezoelektrischen Antrieb in Verbindung steht,
kraftschlüssig
mit dem Schneidmesser verbunden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach
der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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Drei
Ausführungsbeispiele
der Vorrichtung nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine stark schematisierte,
perspektivische Ansicht einer Ultraschall-Schneidvorrichtung für einen
aus einer klebrigen Masse bestehenden Produktteppich;
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2 eine alternative Ausführungsform
einer Ultraschall-Schneidvorrichtung für einen aus einer klebrigen
Masse bestehenden Produktteppich in vereinfachter perspektivischer
Darstellung; und
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3 eine dritte Ausführungsform
einer Ultraschall-Schneidvorrichtung
für einen
aus einer klebrigen Masse bestehenden Produktteppich in einer den 2 und 3 entsprechenden Darstellung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine Ultraschall-Schneidvorrichtung 10 dargestellt,
die zum Schneiden eines flächigen
Produktteppichs 12 in Einzelstücke dient. Der Produktteppich 12 besteht
im vorliegenden Fall aus einer klebrigen Zuckermasse, welche auf
einer hier nicht näher
dargestellten Fördereinrichtung
aufliegt und auf dieser in Richtung eines Pfeils X gefördert wird.
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Der
Produktteppich 12 umfaßt
hier eine Vielzahl von parallel ausgerichteten Einzelstreifen 14,
die mittels einer üblichen
Rollenschneideinrichtung aus einem geschlossenen Produktteppich
erzeugt sind. Die Ultraschall-Schneidvorrichtung 10 schneidet
die einzelnen, kontinuierlich bewegten Produktstreifen 14 rechtwinklig
zu ihrer Förderrichtung
X.
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Während des
Schneidvorgangs wird die Ultraschall-Schneidvorrichtung 10 zur
Erzeugung eines sauberen, rechtwinkligen Schnittverlaufs mittels
eines entsprechenden Antriebs synchron zu dem Produktteppich 12,
d. h. mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Produktteppich 12 in
Förderrichtung
X bewegt, wie anhand eines Pfeils Y dargestellt ist. Ferner ist
die Ultraschall-Schneid-vorrichtung 10 zur Durchführung des
Schneidvorgangs mittels eines weiteren Antriebs rechtwinklig zu
dem Produktteppich 12 gemäß einem Doppelpfeil Z bewegbar.
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Die
Ultraschall-Schneidvorrichtung 10 umfaßt einen im wesentlichen U-förmigen,
stabilen Rahmen bzw. Spannrahmen 16, der zur Aufnahme eines klingenhaft
ausgebildeten Schneidmessers 18 dient. An einem seitlichen
Ende ist das Schneidmesser beispielsweise über eine Schraubverbindung
mit einer Spanneinrichtung 20 verbunden, welche einen Schenkel 17 des
Spannrahmens 16 durchgreift und das Schneidmesser 18 vorspannt.
An seinem anderen seitlichen Ende ist das Schneidmesser 18 vorliegend
mit einer hier piezoelektrisch betriebenen Betätigungseinheit 22 verbunden,
die den anderen Schenkel 19 des U-förmigen Spannrahmens 16 durchgreift.
Die Verbindung zwischen der piezoelektrischen Betätigungseinheit 22 und
dem Schneidmesser 18 erfolgt hier über eine Schraubverbindung 24.
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Die
piezoelektrische Betätigungseinheit 22 umfaßt einen
piezoelektrischen Aktuator aus piezoelektrischen Keramikschichten
sowie eine Sonotrode, mittels der axiale Schwingungen des Aktuators
auf das Schneidmesser 18 übertragen werden, so daß das Schneidmesser 18 in
Longitudinalschwingungen versetzt wird.
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Quer
zur Schneiderichtung ist an dem Schneidmessers 18 ein Schwingungsgenerator 26 angeordnet,
der einen vorzugsweise piezoelektrischen Antrieb mit einem Schichtstapel
aus piezoelektrischen Keramikschichten umfaßt. Der Antrieb ist über eine
integrierte Sonotrode mit dem Schneidmesser 18 verbunden.
Im übrigen
ist der Schwingungsgenerator 26 über eine Schraubverbindung
an dem Schneidmesser 18 fixiert.
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Der
Schwingungsgenerator 26, der in dem an die piezoelektrische
Betätigungseinheit 22 angrenzenden
Endbereich des Schneidmessers 18 angeordnet ist, dient
zur Erzeugung von Transversalschwingungen des Schneidmessers 18 mit
einer Frequenz von etwa 40 kHz und einer Amplitude von einigen hundertstel
Millimetern. Durch die Transversalschwingungen wird gewährleistet,
daß beim Schneiden
des Produktteppichs 12 keine Produktteilchen im Bereich
von durch die Longitudinalschwingung des Schneidmessers 18 erzeugten
Schwingungsknoten anhaften.
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Die
piezoelektrischen Betätigungseinheiten 22 und
der Schwingungsgenerator 26 sind jeweils über entsprechende
Leitungen mit einer hier nicht näher
dargestellten Wechselspannungsquelle verbunden.
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In 2 ist eine alternative Ausführungsform einer
Ultraschall-Schneidvorrichtung 30 dargestellt, deren Aufbau
weitgehend demjenigen der Ultraschall-Schneidvorrichtung nach 1 entspricht, sich von dieser
aber dadurch unterscheidet, daß sie einen
ersten Schwingungsgenerator 26A und einen zweiten Schwingungsgenerator 26B aufweist,
die zur Erzeugung von Transversalschwingungen des Schneidmessers 18 dienen.
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Die
Schwingungsgeneratoren 26A und 26B sind jeweils
quer zur Schneidrichtung des Schneidmessers 18 an diesem
angeordnet und entsprechend dem Schwingungsgenerator nach 1 jeweils mit einem piezoelektrischen
Antrieb und einer integrierten Sonotrode versehen. Der erste Schwingungsgenerator 26A ist
in dem an die piezoelektrische Betätigungseinheit 22 grenzenden
Endbereich des Schneidmessers 18 angeordnet. Der zweite Schwingungsgenerator 26B ist
in dem an die Spanneinrichtung 20 grenzenden Endbereich
des Schneidmessers 18 angeordnet. Im übrigen hat die Ultraschall-Schneidvorrichtung 30 denselben
Aufbau und dieselbe Funktion wie die Ultraschall-Schneideinrichtung
nach 1.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform
einer Vorrichtung 40 zum Schneiden eines Produktteppichs 12 dargestellt,
der aus einer klebrigen Masse, wie z. B. Nougat, besteht.
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Die
Vorrichtung 40 ist ebenfalls als eine Ultraschall-Schneid-vorrichtung
ausgebildet und entspricht weitgehend der Ultraschall-Schneidvorrichtung
nach 2. Sie unterscheidet
sich von dieser aber dadurch, daß sie zwei Schwingungsgeneratoren 26A und 26B aufweist,
die an dem Spannrah men 16 zur Aufnahme des Schneidmessers 18 fixiert
sind. Die Fixierung erfolgt derart, daß die piezoelektrischen Antriebe
der Schwingungsgeneratoren 26A und 26B Ausnehmungen 42A und 42B von
Laschen 44A und 44B durchgreifen, die von der
Basis des im wesentlichen U-förmigen
Spannrahmens 16 in Richtung des Produktteppichs 12 vorstehen
und rechtwinklig zu diesem ausgerichtet sind. Die Sonotrode des
jeweiligen Schwingungsgenerators 26A bzw. 26B ist
kraftschlüssig
mit dem Schneidmesser 18 verbunden. Die Schwingungsgeneratoren 26A und 26B sind
entsprechend den Schwingungsgeneratoren der Ausführungsform nach 2 aufgebaut.