DE19506333C2 - Vibrations- und schlagunterstütztes Messer - Google Patents
Vibrations- und schlagunterstütztes MesserInfo
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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.
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.
Priority Applications (1)
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DE19506333A1 DE19506333A1 (de) | 1996-10-10 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1995106333 Expired - Fee Related DE19506333C2 (de) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | Vibrations- und schlagunterstütztes Messer |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19506333C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011101524A1 (de) * | 2011-05-13 | 2012-11-15 | Westfälische Hochschule Gelsenkirchen Bocholt Recklinghausen | Skalpell |
DE102018204355A1 (de) * | 2018-03-21 | 2019-09-26 | Robert Bosch Gmbh | Schneidvorrichtung |
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DE3730847A1 (de) * | 1987-09-15 | 1989-03-30 | Georg Krause | Schneidgeraet mit fremdkraftantrieb |
DE4310832A1 (de) * | 1993-04-02 | 1994-10-06 | Rowenta Werke Gmbh | Schneidvorrichtung |
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1995
- 1995-03-14 DE DE1995106333 patent/DE19506333C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE19506333A1 (de) | 1996-10-10 |
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