DE10353804B4 - Ultraschallbetriebene Schneidvorrichtung - Google Patents

Abstract

Ultraschallbetriebene Schneidvorrichtung mit einer Sonotrode und mindestens zwei Schneidklingen mit Öffnungen zur Durchführung einer Schraube (5), wobei die Sonotrode (1) ganzteilig ausgebildet ist und eine Bohrung (4) zur Aufnahme der Schraube (5) aufweist und zur Aufnahme der Schneidklingen (2) Schlitze (3) angeordnet sind und die Schneidklingen (2) zur Verbindung mit der Sonotrode (1) durch die Schraube (5) verschraubt und zusätzlich in den Schlitzen (3) festgeklemmt sind und durch die Schlitze (3) Klemmsegmente (6) an der Sonotrode (1) gebildet werden, wobei die Schwingungsamplituden der Klemmsegmente (6) durch mechanische Bearbeitung der Klemmsegmente (6) abgeglichen sind, um zu verhindern, dass durch unterschiedliche Amplituden Reibungs- und Wärmeverluste auftreten.

Description

• Die Erfindung betrifft eine ultraschallbetriebene Schneidvorrichtung zum Schneiden von Materialien unterschiedlicher Art mittels Ultraschall.
• Die Erfindung ist anwendbar beispielsweise in der Lebensmittelindustrie zum Schneiden von Lebensmitteln.
• Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, dass Schneidwerkzeuge mittels Ultraschall erregt werden und zum Schneiden oder anderweitigem Bearbeiten von Materialien verschiedenster Art eingesetzt werden. Hierzu wird prinzipiell ein Ultraschallwandler oder auch Lambda-Halbe-Schwinger eingesetzt, der die eingebrachte elektrische Energie in mechanische Schwingungen umwandelt. Die Energie wird dann von einer Sonotrode auf das Schneidwerkzeug übertragen, über welches die Ultraschallleistung an den Wirkungsort gelangt. Das Schneidwerkzeug ist hierbei im Bereich des Schwingungsmaximums eingespannt. Die in das Schneidwerkzeug übertragenen Längsschwingungen bewirken eine Vibration des Schneidwerkzeuges und damit den Schneidvorgang.
• Die DE 298 02 711 U1 beschreibt ein derartiges ultraschallbetriebenes Schneidwerkzeug, welches über einen Ultraschallkonverter sowie einen Amplitudentransformator betrieben wird. Das Schneidwerkzeug ist hierbei ein beschichtetes Messer.
• Mit der EP 0 584 670 A1 wird eine Ultraschallschneidevorrichtung beschrieben, die die Anordnung mehrerer Messer gestattet. Jedes Messer ist mit einem Ultraschallhorn verbunden, wobei diese dann aneinander gereiht werden können. Weiterhin ist es möglich, Messerklingen aus dem massiven Material der Sonotrode auszuformen. Dies hat den Nachteil, dass bei Verschleiß die gesamte Sonotrode ausgewechselt werden muss. Ein weiterer Nachteil besteht insbesondere bei Anwendungen in der Lebensmittelindustrie darin, dass die Sonotrode herkömmlicherweise aus Titan besteht und Bruchstücke, welche in die Lebensmittel gelangen können, mit traditionellen Mitteln nicht nachweisbar sind.
• Aus der DE 199 11 683 A1 ist eine Ultraschall-Sonotrode zur mechanischen Ultraschall-Anwendung wie Schweißen, Schneiden, Nieten oder zur Ankopplung von einem oder von mehreren λ/2-Schwingen bekannt, bei welcher die Sonotrode mindestens einen elastisch vorgespannten Schlitz aufweist, der jeweils einen im vorgespannten Zustand eingebrachten Sitz für ein Werkzeug enthält und ein Spannelement zum Spannen und Entspannen des Schlitzes vorgesehen ist, welches sich im Betriebszustand der Sonotrode außerhalb der Sonotrode befindet.
• Das Spannelement dient hier als ein Hilfsmittel zum Spannen des Schlitzes und wird vor Inbetriebnahme der Sonotrode wieder entfernt.
• DE 600 00 531 T2 beschreibt ein Ultraschall-Schneidesystem mit einer Ultraschall-Einrichtung, die mit mindestens einem normalen Einstell-Spalt versehen ist, der sich über einen Block-Schalltrichter zwischen dessen Betriebs- und Wechselwirkungs-Oberfläche erstreckt und eine Weite von 4 bis 6 mm aufweist.
• Ein Abgleich der Klemmsegmente durch eine mechanische Bearbeitung erfolgt nicht.
• Aus der US 6,058,823 ist weiterhin eine Ultraschall-Schneidvorrichtung bekannt, umfassend wenigstens eine Schneideinheit, die einen eine gegebene Eigenfrequenz aufweisenden Ultraschall-Generator enthält, der an wenigstens ein Schneidwerkzeug gekoppelt ist, wobei das Schneidwerkzeug in der Schneideinheit eine in Rotation angetriebene Scheibe ist.
• Die Schneidvorrichtung dient insbesondere dem Schneiden von Backwaren oder Fleischprodukten.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße ultraschallbetriebene Schneidvorrichtung zu schaffen, mit der die Mängel der bekannten Einrichtungen vermieden werden, welche effektiv hergestellt und gewartet werden kann und mit welcher ein sicherer und zuverlässiger Betrieb auch in der Lebensmittelindustrie möglich ist.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale im Anspruch 1.
• Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass für die Anordnung mehrerer Schneidklingen nur eine Sonotrode benötigt wird und die Schneidklingen schnell und einfach auswechselbar sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die Sonotrode ganzteilig ausgebildet ist und zur Aufnahme der Schneidklingen Schlitze angeordnet sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass alle Schneidklingen mit nur einem Befestigungselement an der Sonotrode befestigt werden können, indem die Schneidklingen Befestigungsbohrungen aufweisen, durch welche eine Schraube hindurchgeführt wird, wobei die Schraube gleichzeitig durch eine quer zur Schneide- und Schwingungsrichtung der Sonotrode angeordnete Bohrung geführt wird.
• Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
• Die 1 zeigt hierzu eine perspektivische Darstellung der Sonotrode 1 mit insgesamt vier Schneidklingen 2. Die Schneidklingen 2 sind in Schlitzen 3 angeordnet, welche in die ganzteilig ausgebildete, massiv gestaltete Sonotrode 1 eingebracht sind. Zur Verbindung der Schneidklingen 2 mit der Sonotrode 1 weisen die Schneidklingen 2 Öffnungen auf, durch welche eine Schraube 5 hindurchführbar ist. Die Sonotrode 1 weist eine Bohrung 4 auf, welche der Aufnahme der Schraube 5 sowie der Befestigung der Schneidklingen 2 an der Sonotrode 1 dient. Zur Verbindung der Schneidklingen 2 mit der Sonotrode 1 wird die Schraube 5 in die Bohrung 4 und durch die in den Schneidklingen 2 angeordneten Öffnungen hindurchgeführt und verschraubt. Zusätzlich zu der Verschraubung erfolgt ein Festklemmen der Schneidklingen 2 in den Schlitzen 3. Hierdurch wird eine sichere und zuverlässige Halterung der Schneidklingen 2 in den Schlitzen 3 bewirkt.
• Für einen optimierten Betrieb der ultraschallbetriebenen Schneidvorrichtung ist es sinnvoll, die Schwingungsamplituden der durch die Schlitze 3 gebildeten und die Schneidklingen 2 festklemmenden Klemmsegmente 6 der Sonotrode 1 abzugleichen. Hierdurch wird verhindert, dass durch unterschiedliche Amplituden Reibungs- und Wärmeverluste auftreten. Der Abgleich erfolgt durch Bearbeitung der Klemmsegmente 6 durch bekannte mechanische Methoden. Durch den Abgleich wird eine Güte auf gleichem, einheitlichem Niveau erzeugt.

1

Sonotrode

2

Schneidklinge

3

Schlitz

4

Bohrung

5

Schraube

6

Klemmsegment

Claims (1)

1. Ultraschallbetriebene Schneidvorrichtung mit einer Sonotrode und mindestens zwei Schneidklingen mit Öffnungen zur Durchführung einer Schraube (5), wobei die Sonotrode (1) ganzteilig ausgebildet ist und eine Bohrung (4) zur Aufnahme der Schraube (5) aufweist und zur Aufnahme der Schneidklingen (2) Schlitze (3) angeordnet sind und die Schneidklingen (2) zur Verbindung mit der Sonotrode (1) durch die Schraube (5) verschraubt und zusätzlich in den Schlitzen (3) festgeklemmt sind und durch die Schlitze (3) Klemmsegmente (6) an der Sonotrode (1) gebildet werden, wobei die Schwingungsamplituden der Klemmsegmente (6) durch mechanische Bearbeitung der Klemmsegmente (6) abgeglichen sind, um zu verhindern, dass durch unterschiedliche Amplituden Reibungs- und Wärmeverluste auftreten.