DE19506333C2 - Vibrations- und schlagunterstütztes Messer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Messer, das elektrisch angetrieben ist, so daß die Messer­ klinge gleichzeitig Schlagbewegungen und Schwingungsbewegungen (Vibrationen) mit einem frequenzmäßig diskreten oder kontinuierlichen, verteilten Schwingungs­ spektrum ausführt.

Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Messer, das vor­ angig für Haushaltsanwendungen geeignet ist, und eine Klinge besitzt, die gleichzei­ tig eine schlagende Bewegung und Schwingungsbewegungen (Vibrationen) mit ei­ nem frequenzmäßig diskreten oder kontinuierlichen, verteilten Schwingungsspektrum ausführt.

Bisher sind keine solchen elektrisch angetriebenen Messer bekannt. Bekannt sind zur Zeit elektrisch angetriebene Messer, die über auswechselbare sägeblattartige Doppelklingen verfügen, die sich gegeneinander bewegen, die aber keine gleichzei­ tigen Schlag- und Vibrationsbewegungen ausführen. Diese Messer haben eher den Charakter einer elektrisch angetriebenen Säge. Weiter sind elektrisch angetriebene Messer bekannt, die vorrangig im gewerblichen Bereich zur Holzbearbeitung dienen (Schnitzmesser), die nur Schlagbewegungen in Richtung der Klingenachse ausfüh­ ren und daher eher den Charakter eines elektrisch angetriebenen Meißels haben.

Die bisher im Haushaltsbereich zur Verwendung kommenden Elektromesser zeich­ nen sich durch eine Baugröße, Gewicht und Bauform aus, die beim Schneiden von z. B. Gemüsesorten wie Karotten, Kartoffeln, Sellerie in kleine Stücke nur schlecht handhabbar ist. Hier werden meist gewöhnliche Haushaltsmesser verwendet. Trotz­ dem sind z. B. die genannten Gemüsesorten u. a. in rohem Zustand, verschiedene Hartkäsesorten, oder Hartwurstsorten wie luftgetrocknete Salami von so harter Kon­ sistenz, daß eine maschinelle Unterstützung des Schneidens mit einer Verringerung des notwendigen Kraftaufwandes beim Schneiden entlastend und wünschenswert ist. Dabei sollte die Baugröße, die Bauform, und das Gewicht eines maschinellen Messers wegen der Handhabbarkeit möglichst wenig vom gewöhnlichen Haushalts­ messer abweichen.

Aus der DE 43 10 832 A1 ist ein Messer mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 bekannt. Insbesondere steht mit dem Messer ein Piezoschwinger in Wirkverbindung, wodurch das Messer durch den Piezoschwinger zu Schwin­ gungen senkrecht zur Ebene der Schnittführung angeregt wird.

Außerdem ist aus der DE 37 30 847 A1 ein Messer mit allen Merkmalen des Ober­ begriffs des Patentanspruches 1 bekannt. Das bekannte Messer weist ein in einem Handgriff angeordnetes Getriebe und einen am Handgriff befestigten, schwertförmi­ gen Messerrücken zur Aufnahme und Führung mindestens einer Schneidklinge auf, deren inneres Ende mit einem Exzenter zur Ausführung oszillierender Schwingungen verbunden ist.

Ausgehend von dem gattungsbildenden Messer nach der DE 43 10 832 A1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Messer der eingangs genannten Art bereitzu­ stellen, daß den Kraftaufwand beim Schneiden wesentlich verringert und das von seiner Baugröße, seiner Bauform und seinem Gewicht her in den genannten Fällen handhabbar und bequem einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrisch angetriebenes Messer mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Konstruktion muß verschiedene Eigenschaften besitzen, um die z. B. genannten Lebensmittelsorten vorteilhaft schneiden zu können. Dabei ist zu berücksichtigen, daß erstens die Härte des Schneideguts überwunden werden muß, und daß bei kleb­ riger Konsistenz des Schneidegutes wie z. B. bei bestimmten Käsesorten oder bei ei­ nem geringen Gleitvermögen der Schneidklinge in diesem Schneidegut, die Bewe­ gungsfähigkeit der Messerklinge verbessert werden muß.

Die Härte des Schneidegutes wird hierbei durch eine Schlagbewegung der Messer­ schneide überwunden, da bei einer solchen kraftstoßartigen Bewegung durch die auftretenden großen Impulsänderungen kurzzeitig wesentlich höhere Anpreßkräfte der Messerklingenschneide auftreten, als sie durch eine Handbewegung eines durchschnittlichen Anwenders, z. B. einer durchschnittlichen Hausfrau, möglich sind.

Die Gleitfähigkeit der Messerklinge in dem Schneidegut wird gegenüber den her­ kömmlichen Messern dadurch verbessert, daß die Klinge in Schwingungen versetzt wird. Diese Schwingungen der Messerklinge führen entsprechend des über die Mes­ serklinge räumlich und zeitlich erzeugten Schwingungswellenmusters der fortschrei­ tenden oder stehenden Schwingungswellen zu entsprechenden lokalen Auslen­ kungsbereichen der Messerklinge, so daß nur diese und nicht die gesamte Klingen­ fläche im Bereich des Schneidegutes in einem Haft- oder Reibungskontakt mit dem Schneidegut steht. Die verbleibende Kontaktfläche ändert sich dabei stets räumlich und zeitlich. Dadurch wird der Reibungswiderstand beim Schneiden erheblich herab­ gesetzt. Dieser Effekt ist bekannt und läßt sich z. B. bei Körpern beobachten, die z. B. mit Ultraschallschwingungen angeregt werden und dann durch sehr geringe An­ schubkräfte über ihre ehemals reibungsbehaftete Auflagefläche gleiten können. Die gleichzeitige Anwendung einer Schlagbewegung der Klingenschneide zusammen mit dem Vibrieren der Klinge löst die oben genannte Schneideproblematik.

Um möglichst fortschreitende Schwingungswellenmuster oder sich stark zeitlich und räumlich ändernde stehende Schwingungswellenmuster auf der Klinge zu erzeugen, müssen möglichst viele Schwingungsmoden erzeugt werden, die möglichst aneinan­ der ankoppeln und ihre Schwingungsenergie austauschen können. Dies geschieht durch die Auswahl und Bearbeitung der Messerklinge, die als schwingungsfähiges Resonanzsystem ausgebildet ist. Der zeitliche Verlauf der harten Anregungsschläge bzw. Kraftstöße auf die Klinge besteht aus einer Überlagerung von Schwingungsbe­ wegungen mit einer Verteilung ihrer Schwingungsfrequenzen über viele Schwin­ gungsmoden. Aus diesem Schwingungsspektrum werden die Einschwingungsmoden der Klinge versorgt bzw. bevölkert, die Klinge also so zum Schwingen gebracht. Die Verteilung dieses Schwingungsspektrum reicht bei dem unten beschriebenen Aus­ führungsbeispiel von der niedrigen Fundamentalfrequenz von 100 Hz bis in den Ul­ traschallbereich bei 60 kHz.

Bei der Verwendung von sehr hohen Schwingungsfrequenzen z. B. im Ultraschallbe­ reich können Kavitationseffekte die Gleitbewegung unterstützen, da wegen einer möglichen, auftretenden Kavitation in einer im Schneidespalt des Schneideguts aus­ tretenden Substratflüssigkeit Dampfblasen bzw. Dampfpolster entstehen können, die als Gleitpolster wirken können. Dieser Effekt wurde bei den hier zugrundeliegenden Schneideversuchen in Käse beobachtet, indem sich im Bereich der Klingenschneide kleine Schaumbläschen bildeten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6.

Ein Ausführungsbeispiel einer speziellen konstruktiven Ausführung, die aus der einzigen Abb. 1 ersichtlich ist, besteht aus ei­ nem Elektromagneten mit einem U-förmigen Eisenkern, einem beweglichen Anker und der Messerklinge. Die beiden Schenkel des Eisenkerns sind unterschiedlich lang. Auf ihnen ist jeweils eine Magnetspule aufgeschoben. Der Anker schließt den Eisenkern zu einem rechteckigen Rahmen, der als Griffrahmen des Messers dient, indem er auf dem einen Schenkel aufsitzt und an dem anderen anliegt, so daß die magnetischen Feldlinien aus dem ersteren in Richtung des Schenkels austreten und in den letzteren senkrecht zur Schenkelachse eintreten. Der Anker wird von der Messerklinge beweglich gehalten und so geführt, daß er an dem längeren Schenkel anliegen kann und sich über den kürzeren mit sehr kleinem Abstand bewegen kann. Im kürzeren Schenkel ist das Heft der Messerklinge parallel zur Schenkelachse zwi­ schen den Lamellenblechen des Eisenkerns in einem Scharnier beweglich gelagert, so daß die Klinge noch kleine Drehbewegungen von wenigen Grad in der Magnet­ schlußrahmenebene ausführen kann. Das freie Ende des kürzeren Schenkels wird von einer ringförmigen Blattfeder umspannt, die mit ihrem elastischen Ende auf den Rücken des Klingenheftes drückt und die Klinge so immer in eine feste Ausgangsla­ ge drückt. Die Klinge ist von der Fehlschärfe bzw. dem Klingenfuß an offen bis in die Nähe der Klingenspitze geschlitzt, so daß zwei räumlich getrennte Klingenbereiche entstehen. Das sind die Klingenschneide und der Klingenrücken, der jetzt die Funkti­ on einer Feder ausübt. Das Heft der Messerklinge geht glatt in diese Klingenfeder über.

Wenn mit dem Messer Schneidebewegungen ausgeführt werden, dann wird die Klin­ genschneide in Richtung senkrecht zur Klingenschneidekante belastet und zurück­ gedrückt. Der Anker des Elektromagneten, der fest mit der Klingenschneide verbun­ den ist, wird dadurch mitgenommen, aber sogleich unter der Wirkung des anliegen­ den magnetischen Wechselfeldes periodisch wieder in seine Ausgangsstellung zu­ rückgezogen. Dadurch entsteht die gewünschte Hammer- oder Schlagbewegung der Klinge, wodurch auch die gesamte Klinge in Schwingungen versetzt wird. Falls die Klinge eher im Bereich der Fehlschärfe oder des Klingenfußes belastet wird, dann kommt die Ausweichbewegung der Klingenschneide durch die elastische Verbindung der Klingenschneide mit dem Klingenrücken zustande. Falls die Klinge eher im Be­ reich der Klingenspitze belastet wird, dann kommt die Ausweichbewegung der Klingenschneide durch die bewegliche Lagerung der Klinge im Scharnier des Klingen­ heftes zustande. Falls die Klinge im mittleren Bereich der Klingenschneide belastet wird, so kommt die Ausweichbewegung durch eine überlagerte Bewegung aus den beiden vorher beschriebenen Fällen zustande. Durch diese Konstruktion ist sicher­ gestellt, daß die Funktion des Messers bei einer Belastung aller Klingenbereiche im­ mer gleichmäßig ausgelöst wird. Der Anker ist mit einer Führung versehen, die bei der Handhabung des Messers vorne mit dem Zeigefinger oder hinten mit dem Dau­ men angedrückt werden kann, womit der Anker vom Schenkel des Elektromagneten weg oder zu ihm hingedrückt werden kann. Dadurch kann die Funktion des Messers auch ohne Belastung der Klinge ausgelöst werden oder bei Belastung der Klinge unterdrückt werden.

Mit der geschilderten Konstruktion wurden Schneidversuche an einigen Gemüse­ sorten und Käsesorten unternommen und eine wesentliche Verbesserung der Schnittleistung gemessen. Einige Ergebnisse sind folgend aufgeführt. Die Messer­ klinge wurde hierbei auf eine zu schneidende Probe mit definierter Gestalt (Würfel oder Quader) mit der Schneidekante der Klinge parallel zu einer Oberfläche und zweier sie begrenzenden, parallelen Kanten der Schneideprobe aufgesetzt. Dann wurde die Messerklinge soweit angedrückt, bis sich die Messerklinge ganz langsam (quasi statisch) in eine gleichförmige Bewegung in Richtung senkrecht zur Schneid­ kante und senkrecht zur Flächennormalen der Klinge in Bewegung setzte. In diesem Zustand wurde die Anpresskraft der Klinge gemessen.

Die Schneidproben repräsentieren jene Sorten von Gemüse, die einen erheblichen Schneideaufwand benötigen, also sehr hart sind. Die Ergebnisse bei den ausge­ wählten Proben zeigen Krafteinsparungen im Bereich von 25% bis 50%. Ein sehr schönes Ergebnis lieferten die Kartoffelschneidversuche, da diese Anwendung in Haushalten sehr häufig vorkommt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel mit der gleichen mechanischen Grundkon­ struktion können die Magnetspulen durch einen z. B. scheibenförmigen, piezoelektri­ schen Wandler ersetzt werden, der zwischen dem längeren Schenkel und dem Anker sitzt und so die Klinge vom gleichen Punkt aus wie im ersteren Ausführungsbeispiel in Schwingungen versetzt.

Vorteile

Durch die Nutzung der gleichzeitigen Anwendung von Schlagbewegungen und Vi­ brationen der Messerklinge läßt sich die Schnittleistung der Erfindung gegenüber den herkömmlichen manuellen Messern wesentlich steigern, d. h. speziell der Kraftauf­ wand beim Schneiden wesentlich verringern, bei einer möglichen Bauform, Baugrö­ ße und Gewicht, die die Anwendung der Erfindung in Bereichen des Haushalts leicht möglich macht, in denen andere bisher existierende Elektromesser nur schwer handhabbar sind.

Claims (6)

1. Messer, das elektrisch angetrieben ist, so daß die Messerklinge gleichzeitig Schlagbewegungen und Schwingungsbewegungen (Vibrationen) mit einem fre­ quenzmäßig diskreten oder kontinuierlichen, verteilten Schwingungsspektrum aus­ führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Messerklinge geschlitzt ist und da­ durch der Klingenrücken und die Klingenschneide einzeln oder gleichzeitig als Rück­ stellfeder für die Klingenschneide dienen, so daß dadurch der Klingenrücken und die Klingenschneide gegeneinander beweglich sind.

2. Messer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlag- und Schwingungsbewegungen elektromagnetisch oder piezoelektrisch erzeugt sind.

3. Messer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinge insgesamt oder einzelne Teile der Klinge oder einzelne Bereiche der Klinge beweglich sind und mit einem Anker eines Elektromagneten so verbunden sind, daß bei einer Ausweich­ bewegung der Klinge, deren einzelner Teile oder deren einzelner Bereiche unter der Belastung des Schneidvorganges, eine Rückstellbewegung unter der Wirkung des Magnetfeldes des Elektromagneten erfolgt.

4. Messer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klingenschneide unter der Belastung der Schneidbewegung in jedem Bereich der Klingenschneide so ausweichen kann, daß die Funktion des Messers gleichmäßig ausgelöst wird.

5. Messer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion des Messers auch manuell durch einen Fingerdruck auf den Anker ausgelöst oder unter­ drückt werden kann.

6. Messer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Messer über ei­ nen Griffrahmen verfügt, der gleichzeitig als notwendiger Elektromagnet der Kon­ struktion ausgebildet ist und gleichzeitig als ein Lager bzw. Scharnier für die Messer­ klinge dient.