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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf einen Messerschärfer von kostengünstiger Konstruktion, mit dem präzise Schärfungswinkel erreicht werden können .
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Hintergrund der Erfindung
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Es gab eine große Vielzahl von angetriebenen Messerschärfern, die im Markt eingeführt wurden, die in ihrer Leistung von einer relativ präzisen Steuerung des Schärfungswinkels abhängen. Die Genauigkeit der Winkelsteuerung bei solchen Vorrichtungen ist gewöhnlicherweise nicht adäquat, um vollständigen Vorteil aus der Schneidenschärfe zu ziehen, die mit ultrafeinen Abriebmitteln erreicht werden kann.
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Die letztendliche Präzision von elektrischen Schärfern, die Abriebmittel verwenden, um die letztendliche Messerschneide zu erzeugen, hängt in kritischer Weise von der Größe der abrasiven Partikel bzw. Schleifpartikel ab, die verwendet werden, um die letztendliche Schneide zu schleifen und von der Präzision aller mechanischen und strukturellen Elemente, die direkt dabei beteiligt sind, konsistent den Schärfungswinkel zwischen der Ebene jeder letztendlichen Schneidenfacette und der Ebene der abrasiven Schärfungsfläche einzurichten und aufrechtzuerhalten.
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Wie im
US-Patent 6 875 093 beschrieben, wird es, wenn feinere kleiner gekörnte abrasive Partikel bei Präzisionsschärfern verwendet werden, um eine glattere und daher besser polierte Oberfläche auf den Facetten bzw. Flächen der geschärften Klinge zu erhalten, nötig, den Druck zu verringern, der auf die Schneidenfacette während des Schärfens aufgebracht wird, um die Größe des Grates zu minimieren, der an der Schneide erzeugt wird, und um eine „Belastung“ bzw. einen „Eintrag“ der abrasiven Oberfläche zu vermeiden, die aus ultrafeinen Partikeln zusammengesetzt ist. Um auch die letztendliche Präzision zu verwirklichen, wenn die sich bewegende abrasive Oberfläche die Facette bearbeitet, muss die Winkelbeziehung der Ebene der sich bewegenden abrasiven Fläche am Kontaktpunkt mit der Facette bzw. zu schleifenden Fläche präzise auf dem gleichen Winkel über jeden physischen Hub oder jede Wiederholungsbewegung der abrasiven Oberfläche (Schleiffläche) gehalten werden. Wenn die aktive abrasive Oberfläche in Form einer sich drehenden kreisförmigen Struktur ist, wie beispielsweise in Form einer Scheibe, bringt die räumliche Präzision der sich bewegenden kreisförmigen Kontaktlinie zwischen der Facette und der Scheibenoberfläche eine Grenze bezüglich der Konsistenz des Schärfungswinkels mit sich. Wenn die räumliche Präzision hoch ist, dann wird der Schärfungswinkel während jeder Umdrehung der Kontaktlinie zwischen der Facettenoberfläche und der sich bewegenden abrasiven Oberfläche sehr konsistent bleiben. Eine höhere Winkelpräzision hat schärfere Schneiden an den Messern zur Folge.
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Das
US-Patent 6 875 093 betont, dass, wenn Federn mit niedrigerer Kraft- bzw. Federkonstante verwendet werden, um den Druck während des Schärfens mit einer Scheibe
2 zu verringern, die mit ultrafeinen abrasiven Stoffen bzw. Abriebmitteln bedeckt ist, irgendwelche kleinen mechanischen Ungleichmäßigkeiten auf der sich drehenden Oberfläche schwerwiegende Schwingungen bewirken werden und damit einen intermittierenden bzw. unterbrochenen Kontakt mit der Facette und Variationen des Schärfungswinkels, wenn die berührende abrasive Oberfläche über jeden Zyklus ihrer Bewegung geht. Ein ähnlicher Messerschärfer wird in
US 6 267 652 B1 beschrieben.
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Weiter offenbart
US 288 099 A einen Messerschärfer mit zwei Schleifscheiben, die auf einer gemeinsamen Antriebswelle verschiebbar angeordnet sind, wobei eine Seite von jeder Schleifscheibe abgerundet ist. Die abgerundeten Seiten weisen zueinander hin und bilden einen Zwischenraum mit keilförmigem Profil, in den eine Messerklinge zum Schleifen eingeführt werden kann. Die Schleifscheiben haben in der Mitte ein sich verjüngendes Loch mit Vierkantprofil, und die Antriebswelle weist ebenfalls ein Vierkantprofil auf. So sind die Schleifscheiben drehfest mit der Antriebswelle verbunden, jedoch ist eine Verschiebung und eine Kipp- oder Taumelbewegung der Schleifscheiben relativ zur Antriebswelle möglich.
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Wenn die abrasive Oberfläche auf der Oberfläche einer sich drehenden scheibenartigen Oberfläche aufgebaut ist, kann irgendeine Abweichung (Taumeln) der Oberfläche um ihre Scheibendrehachse und irgendwelche kleinen oder großen Ungleichmäßigkeiten in der sich drehenden scheibenartigen Oberfläche beträchtliche Veränderungen des Schärfungswinkels während jedes Drehzyklus bewirken. Solche Winkelveränderungen verschlechtern die Präzision, mit der die Facettenfläche bearbeitet wird. Veränderungen des Schärfungswinkels bei jedem Zyklus begrenzen die Präzision, mit der die Schneide (Schnittlinie der zwei Facetten) geformt wird, und sie bestimmen daher die zu erreichende Schärfe der Schneide und die Größe des Grates, der entlang der Schneide erzeugt wird. Mit einem konsistenteren bzw. durchgängigeren Schärfungswinkel wird der restliche Grat kleiner sein, und je kleiner der restliche Grat ist, desto schärfer wird die Messerschneide sein.
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Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, einen Messer- und Klingenschärfer vorzusehen, der einen präzisen Schärfungswinkel beim Schärfen erreicht, insbesondere einen präziseren Schärfungswinkel als bei dem Messer- und Klingenschärfer, der im
US-Patent 6 875 093 beschrieben wird.
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Gelöst wird die Aufgaben der Erfindung durch einen Messerschärfer mit einer Endbearbeitungsstufe zum Schärfen der Schneide eines Messers mit einer oder mehreren Schneidenfacetten benachbart zu ihren zwei Messerseiten, wobei die Endbearbeitungsstufe eine durch einen Motor angetriebene Welle, eine symmetrisch geformte abrasiv beschichtete scheibenartige Oberfläche, die auf der Welle montiert ist, eine Messerwinkelführung, die nahe der scheibenartigen Oberfläche angeordnet ist, um die Klinge bezüglich des Winkels so auszurichten, dass ihre Schneidenfacette bzw. Schlifffläche in Kontakt mit der scheibenartigen Oberfläche in einem präzise eingerichteten Winkel gehalten wird, und eine verschiebbare elastische Struktur aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie die scheibenartige Oberfläche zur Messerführung hin drückt, um einen durchgehenden Abriebskontakt mit der Schneidenfacette aufrechtzuerhalten, wobei die scheibenartige Oberfläche auf der sich drehenden Welle mit einer Nabe montiert ist, die mit gerade genügend Spiel auf die Welle passt, um zu gestatten, dass die scheibenartige Oberfläche frei gegen die Druckkraft der verschiebbaren elastische Struktur gleiten kann, wobei die Kontur der scheibenartigen Oberfläche von ähnlicher Form wie ein Kegelstumpf ist, wobei dessen geneigte radiale Seitenflächen in einer Richtung senkrecht zur Umfangskontaktlinie der Schneidenfacette mit der scheibenartigen Oberfläche geringfügig gekrümmt sind.
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Figurenliste
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- 1-2 sind Seiten- und Frontansichten einer sich drehenden Schärfungs- bzw. Schleifscheibe und ihrer assoziierten Struktur, und sie zeigen eine Messerklinge an der Scheibe gemäß dieser Erfindung;
- 3-4 sind Seiten- und Frontansichten ähnlich den 1-2, ohne die Messerklinge;
- 5 ist eine Seitenansicht, die die Anwendung einer verbesserten Oberflächenstruktur an der Scheibe gemäß dieser Erfindung veranschaulicht;
- 6 ist eine Draufsicht der Scheibe der 5, die eine Klinge zeigt, die gerade geschärft wird; und
- 7 ist eine Querschnittsansicht einer Schärfungsscheibe mit einer modifizierten (gekrümmten) Oberfläche gemäß dieser Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Wir haben herausgefunden, dass eine vergleichsweise wirtschaftliche Konstruktion und eine praktische Schärfungsoberfläche für angetriebene Schärfer unter Verwendung von relativ dünnen modifizierten Scheiben mit kegelstumpfförmiger Oberfläche gemäß den
5,
6 und
7 erzeugt werden kann, die auf Plastiknaben
6 gegossen sind, die zum Montieren durch Stifte
4 auf einer durch einen Motor angetriebenen Welle
3 mit hoch präzisem Durchmesser ausgelegt sind. Die Plastiknaben sind mit Bohrungen mit präzisem Durchmesser gegossen, um mit sehr kleinem Spiel auf solche Wellen zu passen - mit gerade genügend Spiel, um zu gestatten, dass die Scheiben frei gegen Federn
5 mit niedriger Kraft gleiten, wenn sie durch die Facette bzw. zu schleifende Fläche eines gerade geschärften Messers berührt werden. Die Antriebswellen mit präzise eng passendem Durchmesser und die dazu passenden Löcher in den Befestigungsnaben, wie sie im
US-Patent 6 875 093 beschrieben werden, sind auch wichtig, um das Auslaufen der sich drehenden Kontaktlinie bei jeder Drehung der Scheibe zu verringern.
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Um weiter die Präzision und Konsistenz des Winkelkontaktes zwischen der Schneidenfacette der Klinge und der sich drehenden abrasiven Oberfläche zu steigern, haben die Erfinder herausgefunden, dass die Kegelneigung einer normalen kegelstumpfförmigen abrasiv beschichteten Oberfläche 2 geringfügig modifiziert werden kann, wie später beschrieben, und zwar zu einer geringfügig gekrümmten Form R2, siehe 5, 6 und 7, um mit größerer Genauigkeit genau die Stelle sicherzustellen, wo die sich drehende Oberfläche der Facette ihren Kontakt während des Schärfungsvorgangs haben wird. Der Kontaktpunkt ist besser definiert und er bleibt vergleichsweise besser konsistent bei jeder Drehung, wodurch eine konsistentere Winkelbeziehung zwischen der Schneidenfacette der Klinge und der Ebene der abrasiven Oberfläche eingerichtet wird.
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Charakteristisch wird die Stirnseite 9 der Klinge 7 (1 und 2) in Winkelrichtung durch eine starr befestigte Führungsfläche 8 (1) geführt, sodass eine Schneidenstirnseite des Messers stetig in einem festen Winkel positioniert ist, wenn sie die abrasiv beschichtete Scheibenoberfläche 2 berührt. Somit wird eine Facette bzw. Seitenfläche der Schneide in engem Kontakt mit der Oberfläche 2 der von einem Motor angetriebenen Scheibe 1 an einem Kontaktpunkt gehalten, wie beispielsweise am Punkt A (2). Die im Querschnitt in 1 gezeigte Klingte ist tatsächlich nicht parallel mit der Hinterseite der Scheibe 1 ausgerichtet, sondern ist so orientiert, dass die Klingenfacette einen Kontakt mit der abrasiven Oberfläche ungefähr am Punkt A (2) in einem oberen vorderen Quadranten der abrasiven Oberfläche 2 herstellt. Die Drehrichtung der abrasiven Oberfläche ist üblicherweise, jedoch nicht notwendigerweise, gegen den Uhrzeigersinn, wie in 2 zu sehen.
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Wir haben herausgefunden, dass es in solchen Konfigurationen wichtig ist, nicht abrasive Ablagen oder Anschläge B (2 und 6) zu haben, die mit der Schneide 10 der Klinge 7 in Kontakt sind und die Schneide in der „horizontalen“ Ebene ausrichten, um konsistent die abrasive Oberfläche im Punkt A zu berühren. Irgendein Auslaufen (Taumeln) oder eine Oberflächenunregelmäßigkeit der abrasiven Scheibe 1 wird bewirken, dass der Messerschneidenkontaktpunkt A sich beträchtlich während jeder Drehung der abrasiv beschichteten Oberfläche 2 verschiebt. Irgendeine Verschiebung des Punktes A kann den Kontaktwinkel zwischen der Ebene der Schneidenfacette und der Ebene der nominell konischen abrasiven Oberfläche 2 verändern. Wir haben jedoch herausgefunden, dass das Ausmaß der seitlichen Verschiebung der Position des Kontaktpunktes A und folglich die Veränderung des Winkels der gerade geformten Facette bzw. Schlifffläche durch Erzeugen einer geringfügig abgerundeten (balligen) Oberfläche der normalerweise kegelstumpfförmigen Oberfläche minimiert werden kann, wie unten beschrieben.
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Die Verbesserung, die wir an der normalen kegelstumpfförmigen abrasiven Oberfläche vorgenommen haben, die in 3 gezeigt ist, modifiziert die gerade Kegelneigungslinie R1 der normalen kegelstumpfförmigen Oberfläche der 3, indem sie geringfügig gekrümmt gemacht wird, wie von der Linie R2 in den 5, 6 und 7 gezeigt. Die gekrümmte Linie R2 hätte vorzugsweise einen sehr großen Radius r, wie in 5, 6 und in 7 gezeigt. Die in 7 gezeigte Scheibe ist eine dünne Metallscheibe mit einem modifizierten Kegelstumpfquerschnitt mit einer Oberfläche, die in einem großen Radius R2 gekrümmt ist, die abrasiv beschichtet ist, vorzugsweise mit feinen Diamantabriebspartikeln, und die die Achse x-x kreuzt. Die Scheibe ist auf einer Nabe 6 befestig, die um ihre Mittelachse in der Weise rotiert, die in den 1-6 gezeigt ist. Die geringfügige Krümmung der Linie R2, die senkrecht zum Umkreis des Facettenkontaktes ist (3), verringert signifikant das Wandern des Punktes A bei jeder Umdrehung der modifizierten Kegelstumpffläche und verringert irgendeine Veränderung des Kontaktwinkels zwischen der abrasiv beschichteten Oberfläche und der gerade geformten Schneidenfacette. Eine Vielzahl von Oberflächengeometrien kann verwendet werden, um diese geringfügig konvexe Oberfläche vorzusehen, jedoch ist diese modifizierte Kegelstumpffläche, so wie sie hier beschrieben wird, eine Veranschaulichung einer arbeitsfähigen Oberflächengeometrie. Die wichtige Charakteristik der modifizierten Kegelstumpfoberfläche ist, dass sie in jenem Bereich A, wo die Schneidenfacette mit der Kegelstumpffläche in Kontakt kommt, geringfügig gebogen bzw. bombiert ist.
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Eine geringfügige Krümmung bzw. Bombierung reicht aus, um den Kontaktbereich zwischen der Facette und der sich drehenden abrasiven Oberfläche zu stabilisieren, sodass ein stabilisierter Umfangskontaktkreis C, 2, bei der sich drehenden Oberfläche eingerichtet wird, was somit einen konsistenteren Schärfungswinkel und einen stetigen nicht schwingenden Kontakt für die Messerschneidenfacette während jeder Umdrehung sicherstellt.
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Es ist gezeigt worden, dass die perfekte Ausführung einer Schneide beträchtlich verbessert werden kann, wenn sie geschärft wird, wenn die Schneidenfacette in aufeinanderfolgenden Schritten erzeugt wird. Es ist wünschenswert, die gesamte Facettenoberfläche in einem ersten Schritt in einem ersten Winkel mit einem relativ groben Schleifmittel zu schärfen, welches schnell die gesamte Facette bzw. Schlifffläche neu formen kann, dann in einem zweiten Schritt den unteren Teil der Facette mit einem feineren Schleifmittel mit einem geringfügig größeren zweiten Winkel neu zu formen, und dann in einer optimalen Situation ungefähr das untere Drittel der anfänglichen Facette mit einem noch größeren dritten Winkel mit einem ultrafeinen Abriebsmittel zu polieren oder zu honen. Die Qualität der letztendlichen so geformten Schneide hängt stark von der Größe der letztendlichen Körnung und von der Konsistenz des Winkels der Facette gegen die abrasive Oberfläche während jeder Drehung dieser Oberfläche ab. Eine Veränderng des Schärfungswinkels während nur eines Teils jeder Drehung kann die Qualität und die perfekte Ausführung der letztendlichen Messerschneide verringern.
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Bei Schärfern, die ausgelegt sind, um ultrafeine Abriebsmittel bzw. Abrasivstoffe zu verwenden, kann das volle Potential von solchen Abriebsmitteln nicht verwirklicht werden, außer wenn die Winkelbeziehungen der abrasiven Oberfläche und der gerade geschärften Facette in aufeinander folgenden Drehzyklen und über jeden einzelnen Zyklus mit großer Präzision und Konsistenz beibehalten werden. Die Präzision und die Konsistenz werden verbessert durch Erzeugung des beschriebenen großen konvexen Radius auf den Radiallinien, die die Neigung der sich drehenden kegelstumpfförmigen Oberfläche herunterlaufen. Dieser Radius ist nominell senkrecht zum Umfangskontaktkreis C (3). Der Radius muss groß genug sein, um den Kontaktbereich der Schneidenfacette ausreichend auszudehnen, um eine übermäßige lokalisierte Abnutzung der berührenden feinkörnigen abrasiven Oberfläche zu vermeiden. Ein Radius in der Größenordnung von 20, 32 bis 30,48 cm (8 bis 12 Inch) hat sehr gut bei der Erzeugung von wesentlich verbesserten Schneiden funktioniert. Oberflächen mit längeren Radien können verwendet werden, jedoch erfordern längere Radien eine größere Präzision der Oberflächenformungsmittel, um Schneiden mit guter Qualität zu erreichen.
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Diese Techniken werden sehr wichtig, wenn feinkörnigere Abriebsmittel eingesetzt werden, damit jedoch diese kleineren Partikel praktisch anwendbar und effektiv über ausgedehnte Anwendungsperioden sind, muss das Abriebsmittel ein extrem hartes Material mit niedriger Abnutzung sein, wie Diamant. Diese Techniken sind unpraktisch oder weniger effektiv, wenn weichere Abriebsmittel verwendet werden, weil sie nicht die Genauigkeit der darunterliegenden bombierten Form bei signifikanter bzw. stärkerer Anwendung halten. Beispielsweise hat sich erwiesen, dass Carborund-, Aluminiumoxyd- und Siliziumoxydräder oder -scheiben weniger praktisch sind, und zwar wegen ihrer Körnigkeit und ihrer verringerten Haltbarkeit. Oberflächen, die mit Diamanten von Mikrometergröße beschichtet sind, haben sich als deutlich präziser erwiesen, und bei normaler Pflege halten sie ihre Form unbegrenzt.
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Wenn Diamantabriebsmittel verwendet werden, funktioniert diese Technik gut. Um die Schneidenfacetten stufenweise mit aufeinander folgend feineren Körnungen in jedem Schritt und mit den aufeinander folgenden Schärfungswinkeln, die sehr nah aneinander liegen, wie oben beschrieben zu schärfen, beispielsweise nur ein oder zwei Grad unterschiedlich zueinander, wird die Anwendung eines harten Abriebsmittels, wie beispielsweise von Diamanten, nahezu zur Pflicht. Andere Materialien werden, wenn sie sich abnutzen, gestatten, dass die Schärfungswinkel sich verändern, bis der Differenzwinkel zwischen aufeinander folgenden Schritten zu klein wird, um zu gestatten, dass diese stufenweise Schärfungstechnik effektiv bzw. anwendbar wird.
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Durch Kombinieren dieses Niveaus einer präzisen Winkelsteuerung und durch Anwendung von Diamanten mit niedriger Abnutzung als das abrasive Material, wird ein Schärfungsvorgang mit aufeinander folgenden Winkeln, die nur geringfügig unterschiedlich sind, und mit immer feiner werdenden Gittern praktisch leichter möglich. Wir haben gezeigt, dass mit der hier beschriebenen Technik die Anwendung von kleineren ultrafeinen Diamanten, die weniger aggressiv sind, die jedoch schärfere Schneiden erzeugen, nun bei angetriebenen Schärfern mit relativ wirtschaftlichen Preisen praktisch möglich sind.
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Diese Technik ist insbesondere praktisch zum Schärfen von Klingen im asiatischen Stil, die an dem Punkt viel dünner sind, wo die Facetten bzw. Schliffflächen geformt werden, und wo einige der Schneiden einseitig sind und daher eine Facette haben, die in erster Linie auf einer Seite der Klinge geschärft wird. Die optimale Schärfungstechnik, die für solche Klingen erforderlich ist, hängt von der Anwendung von weniger aggressiven und präziseren Schärfungsverfahren unter Verwendung von ultrafeinen Abriebsmitteln ab.
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Die optimale Anwendung dieser Technik beruht auf der optimalen Formgebung der umlaufenden abrasiven Oberfläche, auf der präzisen Positionierung und der Winkelanordnung der Messerklinge, um ihre Facette bzw. Schlifffläche in einem konsistenten Winkel und in gleitendem Kontakt mit der sich bewegenden abrasiven Oberfläche zu halten, wobei die abrasiven Partikel an der Facette vorzugsweise in einer Richtung vorbeilaufen, die 30-90 Grad zur Linie der Messerschneide ist, und wobei die Schneide durch geeignete Ablagen oder Anschläge getragen wird, die den Kontaktpunkt an einer optimalen Stelle A auf der sich bewegenden abrasiven Oberfläche während jeder Drehung halten. Auch muss die Federspannung, die die Facette in Kontakt mit der sich bewegenden abrasiven Oberfläche hält, klein sein und für die besten Ergebnisse optimiert sein. Der unterschiedliche Winkel zwischen aufeinander folgenden Gittern muss ausreichend klein sein, weniger als 3 Grad, um die Größe des restlichen Grates entlang der daraus resultierenden Schneide zu minimieren, falls überhaupt ein Grat auftreten sollte.
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Die Erfinder haben herausgefunden, dass die einzigartige Kombination dieser Konstruktionselemente mit sehr harten Abriebsmitteln zur Folge hat, dass Schneiden an einer Vielzahl von herkömmlichen Haushaltsmessern und asiatischen Messern konsistent rasiermesserscharf sind.
