DE19529613A1 - Zerkleinerungsvorrichtung für schneidbare Stoffe zur Erzeugung prismatischer, insbesondere kubischer Partikel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern schneidbarer Stoffe, insbesondere tierischer oder pflanz­ licher Herkunft, mit der ein Produkt erzeugt wird, dessen Partikel im wesentlichen eine einheitliche prismatische, vorzugsweise kubische Form aufweisen.

Solche Zerkleinerungsmaschinen werden beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt zum Herstellen von Fleischwürfeln für Fertiggerichte, etwa für Gulasch, aber auch für Tierfutter, z. B. für Hund und Katze. Sie können aber auch zur Verarbeitung von pflanzlichen Produkten ver­ wendet werden, beispielsweise bei der Gewinnung von Zucker aus Rüben. Hierbei wird, da für den Extraktionsprozeß ein möglichst großes Verhältnis von Oberfläche zur Masse der Partikel vorteilhaft ist, eine mehr längliche prismatische Form der erzeugten Partikel angestrebt.

Aus der DE 27 19 891 C2 ist bereits eine Gefrierfleisch- Würfelmaschine bekannt, bei der auf einer rotierbaren Wal­ ze Schneiden angeordnet sind, deren axiale und radiale Erstreckung die beiden Querschnittsabmessungen b und l der erzeugten Würfel definieren. Die dritte Würfeldimension d ist hingegen durch die Dicke der zugeführten, entsprechend vorkalibrierten Gutscheiben vorgegeben.

Des weiteren ist in der EP 0 194 341 B1 eine Ge­ frierfleisch-Würfelmaschine beschrieben, deren rotierbare Messerwalze alternierend mit Ritz- und Hauptmessern be­ setzt ist, von denen die Ritzmesser in eine der Messer­ walze kontinuierlich zugeführte Gutscheibe parallel zu­ einander einschneiden, worauf die Hauptmesser dann von den so gebildeten Gutstreifen kubische Partikel abscheren. Auch hier ist die dritte Würfeldimension d durch die Dicke der zugeförderten Gutscheiben definiert.

Eine ähnliche Würfelmaschine ist auch aus der EP 0 363 220 B1 bekannt, bei der am Ende eines waage­ rechten Förderbandes eine erste Messerwalze aus gleich­ mäßig beabstandeten kreisförmigen Messerscheiben ange­ ordnet ist, die mit einer einen Einzugsspalt bildenden Zu­ führtrommel sowie mit einer vorgeschalteten Vorschubrolle zusammenarbeitet. Diese erste Messerwalze zerschneidet die in gleichmäßiger Dicke d zugeförderten Gutscheiben in gleich breite Streifen, die von einer zweiten Messerwalze mit achsparallelen Messerschneiden im Zusammenwirken mit einer stationären Abscherkante in gleich lange kubische Partikel quergeteilt werden.

Allen drei als bekannt nachgewiesenen Würfelmaschinen ist somit gemeinsam, daß die Schneidorgane nur die zwei Kan­ tenlängen b und l der erzeugten kubischen Partikel defi­ nieren, während ihre dritte Kantenlänge d durch die gleichmäßige Dicke der zugeförderten Gutscheiben vorge­ geben ist. Diese bekannten Würfelmaschinen benötigen dem­ zufolge ein zusätzliches Kalibriergerät, das von den an­ gelieferten Gutbrocken zunächst im ersten Dimensions­ schnitt Scheiben gleicher Dicke d herstellt.

Indes ist aus einer Werbeschrift der Firma URSCHEL in Valparaiso, Indiana, USA auf Seite 64 auch schon eine Wür­ felmaschine Modell SL-A bekannt geworden, die das in ma­ schinell verarbeitbaren Gutbrocken vorbereitete Produkt, z. B. Fleisch, bereits in einem Arbeitsgang mit drei­ dimensionalen, aufeinanderfolgenden Schnitten zu einheit­ lichen Würfeln verarbeitet. Diese Maschine besteht im we­ sentlichen aus einer in einer Schneidkammer waagerecht ge­ lagerten Mitnehmertrommel, die in ihrem Inneren mit Mit­ nehmerschaufeln versehen ist. Diese beschleunigen die ein­ gespeisten Gutbrocken auf ihre Umlaufgeschwindigkeit, so daß diese infolge Zentrifugalwirkung gegen die kreis­ förmige Innenwand der stationären Schneidkammer gepreßt und dabei an deren Auslaßöffnung einer kreisförmigen, dazu quergelagerten Messerscheibe zugeführt werden. Diese trennt von den Gutbrocken Schichten gleicher Dicke d ab.

Diese gleich dicken Gutschichten gelangen anschließend in den Wirkbereich einer aus gleichmäßig beabstandeten Mes­ serscheiben bestehenden Messerwalze, die die Gutschichten im Zusammenwirken mit zwei Einzugswalzen in gleichmäßige Streifen von der Breite b zerschneidet. Auf diese wirkt schließlich eine weitere, mit Querteilmessern besetzte Messerwalze ein, die die Gutstreifen in kubische Partikel unterteilt, deren Länge l gleich der Schichtdicke d und der Streifenbreite b ist. Diese bekannte Würfelmaschine liefert zwar ein ziemlich gleichmäßiges kubisches Produkt, doch steht der wegen der benötigten sechs Rotoren be­ dingte erhebliche bauliche Aufwand in keinem rationalen Verhältnis zu ihrer geringen Durchsatzleistung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zer­ kleinerungsmaschine für die Erzeugung prismatischer Par­ tikel aus gegebenenfalls maschinenverträglich aufbereite­ ten Gutbrocken zu schaffen, die bei einfacher, kompakter Konstruktion einen gesteigerten Gutdurchsatz bei hoher, gleichmäßiger Produktqualität erbringt. Gemäß einer wei­ teren Zielsetzung soll die erfindungsgemäß gestaltete Zer­ kleinerungsmaschine technologisch vielseitig einsetzbar sein. Obwohl sie zunächst für die prismatische Verarbei­ tung von hartgefrorenen Fleischschollen entwickelt wurde und sich hierfür auch schon hervorragend bewährt hat, soll sie auch für die Verarbeitung von Feldfrüchten, wie z. B. Zuckerrüben oder Kartoffeln, aber auch für industriell er­ zeugte Produkte, wie Kautschuk, Gummi oder Kunststoffe brauchbar sein.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem zuletzt geschilderten Stand der Technik durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst. Infolge der erfindungsgemäß vorgeschla­ genen konzentrischen Anordnung zweier Messerrotoren und der mehrfachen Besetzung des inneren Messerrotors mit den Schneidorganen für die Streifen- und Schichtschnitte sowie des äußeren Messerrotors mit den Schneidorganen für die Querteilschnitte wird außer einem einfachen kompakten Auf­ bau der Zerkleinerungsmaschine auch eine beträchtliche Steigerung des Gutdurchsatzes erzielt. Hierbei werden mit­ tels im Innenraum des inneren Messerrotors vorgesehener Leitorgane die Gutbrocken an den Schneidorganen des in­ neren Messerrotors mit dem für die zweidimensionale Schnitt folge notwendigen Anpreßdruck in Schnittposition gebracht.

Aus der deutschen Patentschrift 11 64 039, der deutschen Auslegeschrift 11 97 667 und der deutschen Offenlegungs­ schrift 31 23 392 A1 sind bereits Schneidvorrichtungen für Feldfrüchte bekannt geworden, bei denen jeweils ein kranz­ förmiger Messerrotor mit nach innen weisenden Messern für die abschälenden Schichtschnitte besetzt sind. Im grund­ sätzlichen Unterschied zur Erfindung sind dort die Schneidorgane für die Streifenschnitte jedoch außerhalb des Messerrotors in einem gesonderten Stator angeordnet. Demzufolge fehlt es dort an dem speziell für die Streifen­ schnitte notwendigen Anpreßdruck der Gutbrocken gegen diese Schneidorgane, weshalb sich diese bekannten Schneid­ vorrichtungen allenfalls nur für solche Stoffe eignen, deren Konsistenz geringe Schnittkräfte erfordert, wie dies bei Feldfrüchten in der Regel der Fall ist. Für Stoffe hoher Konsistenz, wie das z. B. für hartgefrorenes Fleisch zutrifft, sind sie also nicht brauchbar.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht daher darin, daß gemäß Anspruch 2 die gatterartig vor Durchtrittskanälen angeordneten Schneidorgane für die Streifenschnitte, in Umlaufrichtung des Messerrotors ge­ sehen, unmittelbar vor den Schneidorganen für die ab­ schälenden Schichtschnitte angeordnet sind. Demzufolge ge­ schehen erfindungsgemäß die streifenförmigen Einschnitte in die Gutbrocken jeweils noch vor den abschälenden Schichtschnitten, so daß für die Streifenschnitte, die mit einer beträchtlichen Materialverdrängung einhergehen, der auf die Gutbrocken wirkende, radial gegen den inneren Mes­ serrotor gerichtete Anpreßdruck noch voll zur Wirkung kommt. In diesem Merkmal unterscheidet sich die Erfindung grundsätzlich vom gesamten einschlägigen Stand der Tech­ nik, bei dem von den Gutbrocken zunächst immer nur Schei­ ben gleicher Dicke d abgeschält werden, die erst danach in Streifen gleicher Breite b unterteilt werden.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme der Erfindung ist im Merkmal des Anspruchs 3 zu sehen, wonach das aus parallel zueinander, in gleichmäßigen axialen Abständen b angeord­ neten Trennklingen bestehende Schneidgatter für die Strei­ fenschnitte mit ihren Schneiden unter einem flachen, entgegen der Umlaufrichtung ansteigenden Winkel verlaufen. Dieser flache Schneidenanstieg der Trennklingen bewirkt einen ziehenden Schnitt, der im Zusammenwirken mit dem auf die Gutbrocken wirkenden, radial gerichteten Anpreßdruck einwandfrei voneinander getrennte Streifen mit der Breite b ergibt, die durch den danach erst einsetzenden Schicht- oder Schälschnitt mit der Schichtdicke d von den Gut­ brocken abgetrennt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 4 gekennzeichnet. Danach ist die Innenwand des inneren Messerrotors in mehrere zwischen den Schneid­ organen befindliche Umfangspartien unterteilt, die ent­ gegen der Umlaufrichtung spiralförmig nach außen bis zu den Schneidorganen entsprechend der abzuschälenden Schichtdicke d ansteigend verlaufen. Diese bauliche Ge­ staltung gewährleistet das Abschälen der besagten Gut­ streifen in gleichmäßigen Dicken d, wozu es ebenfalls be­ trächtlicher, auf die Gutbrocken radial wirkender Druck­ kräfte bedarf, um die Gutbrocken dicht an den spiral­ förmigen Wandpartien des Messerrotors entlanggleiten zu lassen.

Für die Erzeugung der für diese zweidimensionalen Schnitte notwendigen Druckkräfte, mit denen die Gutbrocken ständig radial gegen den inneren Messerrotor gepreßt werden, schlägt die Erfindung zwei Alternativen vor. Die eine davon ist ein stationäres Leitsystem, das im Anspruch 5 gekennzeichnet ist und aus einer zum Messerrotor hin ge­ neigten Gleitbahn besteht, die vorzugsweise spiralförmig derart gekrümmt ist, daß sie mit der Innenwand des Messer­ rotors einen in Umlaufrichtung sich stetig verengenden Leitkanal bildet. Infolge der stetigen Verengung des Leitkanals erzeugt der Messerrotor durch seine als Trieb­ kräfte wirkenden Schnittkräfte die für die zweidimen­ sionalen Streifen- und Schichtschnitte notwendigen Anpreß­ kräfte selbst, wobei er, sozusagen autogen, für Anpreß­ drücke sorgt, die der Konsistenz der jeweils verarbeiteten Gutbrocken adäquat sind.

Gemäß Anspruch 6 ist die stationäre Gleitbahn an der In­ nenseite der Gehäusetür auswechselbar angeordnet. Da für den Krümmungsgradienten der spiralförmigen Gleitbahn, wie später noch ausführlich erläutert wird, spezifische Stoff­ werte der Gutbrocken maßgebend sind, kann bei Produktions­ umstellungen auf ein anderes Material die jeweilige Gleit­ bahn rasch gegen eine andere, hierfür besser geeignete Spiralform ausgewechselt werden.

Die andere erfindungsgemäß vorgeschlagene Alternative für die Erzeugung des notwendigen Anpreßdruckes ist ein mo­ biles Leitsystem, das gemäß Anspruch 7 aus umlaufenden Leitschaufeln besteht, die an einem Mitnehmerrotor ange­ ordnet sind, der konzentrisch innerhalb des inneren Mes­ serrotors gelagert ist. Demzufolge entstehen hier die für die zweidimensionalen Schnitt folgen erforderlichen An­ drückkräfte im wesentlichen durch Zentrifugalwirkung.

Die Ausgestaltung des äußeren Messerrotors hinsichtlich der Anordnung und Ausbildung seiner Schneidorgane für die Querteilschnitte ist Gegenstand des Anspruchs 8. Ihre An­ zahl ergibt in Verbindung mit den wählbaren Rotordrehzah­ len n₁ und n₂ die Schnittfrequenz und damit die dritte Dimension 1 der erzeugten prismatischen Partikel.

Anspruch 9 schließlich kennzeichnet die bauliche Ver­ einigung der Schneidorgane für die zweidimensionalen Schnitte in einer Messerkassette, die in den inneren Mes­ serrotor einsetzbar ist. Dies ermöglicht ein rasches Aus­ wechseln der Messergarnituren, was nicht nur aus Ver­ schleißgründen notwendig werden kann, sondern auch durch Betriebumstellungen auf andere prismatische Abmessungen bedingt sein kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführbeispieles, das sich speziell auf das prismatische Zerkleinern von hartge­ frorenen Fleischschollen bezieht. Es zeigt

Fig. 1 eine Maschine gemäß der Erfindung mit mobilem Leitsystem in Stirnansicht;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1 in etwas größerem Maßstab;

Fig. 3 das erfindungsgemäß gestaltete rotorische Schneidsystem in Schnittdarstellung gemäß der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine Einzelheit aus Fig. 3 in größerem Maßstab;

Fig. 5 das erfindungsgemäß gestaltete rotorische Schneidsystem in perspektivischer Ansicht, ohne Leitsystem;

Fig. 6 eine Maschine gemäß der Erfindung in teilweise aufgebrochener Stirnansicht mit stationärem Leitsystem;

Fig. 7 die Anordnung des stationären Leitsystems an der Innenwand der Gehäusetür;

Fig. 8 die auswechselbare Messerkassette mit den Schneidgarnituren für die Schicht- und Strei­ fenschnitte;

Fig. 9 drei Varianten a, b, c der spiralförmig ge­ krümmten Gleitbahn des stationären Leitsystems;

Fig. 10 ein erfindungsgemäß erzeugtes prismatisches Partikel in perspektivischer Ansicht.

In einem Maschinengehäuse 1, das stirnseitig eine aus­ schwenkbare Tür 2 mit darin integrierter Aufgabeschurre 3 für die hartgefrorenen Fleischschollen 22 aufweist, ist ein komplettes rotorisches Schneidsystem 4 (s. Fig. 5) un­ tergebracht. Dieses besteht aus einem äußeren Messerrotor 5, der einen konzentrisch dazu angeordneten inneren Mes­ serrotor 6 umgibt, wobei dieser mit der Drehzahl n₁ ge­ gensinnig zur Drehzahl n₂ des äußeren Messerrotors 5 umläuft.

Wie Fig. 2 zeigt, ist der innere Messerrotor 6 an der Rückwand 10 des Gehäuses 1 mittels einer Hohlwelle 8 gelagert, innerhalb der die Antriebswelle 9 für den mit der Drehzahl n₃ umlaufenden Mitnehmerrotor 7 des mobilen Leitsystems gelagert ist. Der äußere Messerrotor 5 ist in einem an der Gehäuserückwand 10 angebrachten Ringlager 11 gelagert. Seinen Antrieb besorgt ein Ritzel 12, das in einen mit dem äußeren Messerrotor 5 verbundenen Zahnkranz 13 eingreift.

Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, sind am inneren Messer­ rotor 6 mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Durchtrittskanäle 14 vorgesehen, in deren Eintrittsbereich ein Gatter aus stegartigen Trennklingen 16 für die Strei­ fenschnitte angeordnet ist, dem ein plattenförmiges Messer 15 für die abschälenden Schichtschnitte unmittelbar nach­ geordnet ist.

Bei dem mobilen Leitsystem wird dieser Schneidgarnitur 15, 16 das Zerkleinerungsgut, hier also die maschinenver­ träglich aufbereiteten gefrorenen Fleischschollen 22, von den Leitschaufeln 17 des Mitnehmerrotors 7 unter radialem, durch Zentrifugaleffekt bewirkten Druck zugeleitet. Die Innenwand des inneren Messerrotors 6 weist abschnittsweise zwischen den Schneidgarnituren 15, 16 Umfangspartien 18 auf, deren Verlauf entgegen der Umlaufrichtung spiral­ förmig bis zum Abstand d vom Messerflugkreis 19 nach außen ansteigt, der gleich der von den Fleischschollen 22 ab­ zuschälenden Schichtdicke d ist. Hierbei gleiten die Fleischschollen unter Druck ständig an den spiralförmigen Wandpartien 18 des inneren Messerrotors 6 entlang. Die ge­ genseitigen Abstände b der stegartigen Trennklingen 16 (s. Fig. 5) sind gleich groß und entsprechen der Breite b der von den Trennklingen 16 erzeugten Gutstreifen und somit auch der Breite b der erzeugten prismatischen Partikel 23.

Der äußere Messerrotor 5 ist mit ebenfalls gleichmäßig über den Umfang verteilten plattenförmigen Querteilmessern 20 bestückt, mittels denen die aus den Durchtrittskanälen 14 an der Peripherie des inneren Messerotors 6 austre­ tenden Gutstreifen in prismatische Partikel 23 unterteilt werden, wobei sich deren dritte Dimension 1 aus der Schnittfrequenz des äußeren Messerrotors 5 ergibt.

Fig. 4 stellt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3 dar, der Einzelheiten der Schneidgeometrie bei dem mobilen Leitsystem veranschaulicht. Danach sind die plattenförmi­ gen Messer 15 für die Schichtschnitte unter einem Winkel α zur Umfangstangente geneigt, wobei ihre Schneiden im we­ sentlichen achsparallel verlaufen. Der Schneidenverlauf der ein Gatter bildenden Trennklingen 16 für die Streifen­ einschnitte in die Fleischschollen 22 weist gegenüber der Umfangstangente einen entgegen dem Umlaufsinn flach an­ steigenden Winkel β auf. Die wirksamen Flanken 17 der um­ laufenden Leitschaufeln 17 sind zur Umfangstangente unter dem Winkel γ geneigt.

Schließlich weisen die plattenförmigen Querteilmesser 20 des äußeren Messerrotors 5 zur Umfangstangente an der Peripherie des inneren Messerrotors 6 einen flachen Neigungswinkel δ auf. Für diese Winkel haben sich im praktischen Betrieb die folgenden Werte als besonders ge­ eignet erwiesen:
α zwischen 25° und 30°; β zwischen 10° und 20°,
γ zwischen 40° und 50°; δ zwischen 20° und 30°.

Des weiteren ist aus Fig. 4 ersichtlich, daß die Schneid­ garnituren für die Schicht- und Streifenschnitte, also die plattenförmigen Messer 15 und die ein Gatter bildenden Trennklingen 16 zusammen mit den ihnen zugeordneten Durchtrittskanälen 14 jeweils in einer auswechselbaren baulichen Einheit untergebracht sind, die in Gestalt der in Fig. 8 dargestellten Messerkassette 21 in den inneren Messerrotor 6 einsetzbar ist. Sie ermöglicht ein rasches Auswechseln der Messergarnituren, was aus Gründen des Ver­ schleißes, aber auch bei Produktionsumstellungen erfor­ derlich sein kann.

Bei dem in Fig. 6 und 7 dargestellten stationären Leit­ system ist der Mitnehmerrotor 7 des mobilen Leitsystems durch eine feststehende Gleitbahn 24 ersetzt, die an der Innenseite 25 der Gehäusetür 26 auswechselbar befestigt ist und demzufolge bei geschlossener Tür in den Innenraum des inneren Messerrotors 6 hineinragt. Ihre wirksame Flanke ist in Umlaufrichtung zum inneren Messerrotor 6 hin geneigt, wobei sie, wie aus den Fig. 6, 7 und 9 ersicht­ lich, spiralförmig derart gekrümmt ist, daß sie mit der zylindrigen Innenwand des inneren Messerrotor 6 einen sich in Umlaufrichtung stetig verengenden Leitkanal 27 bildet. In den Einlaufmund 28 des Leitkanals 27 mündet die ex­ zentrisch an der Gehäusetür 26 angeordnete Aufgabeschurre 29, von wo die Fleischschollen 22 mit der Anfangsge­ schwindigket v₀ in den Leitkanal 27 hineingleiten. Dort werden sie von den Schneidorganen 15, 16 des Messerrotors 6 erfaßt und durch die als Triebkraft wirkende Schnitt­ kraft F_s in Umlaufrichtung zusätzlich beschleunigt. Dabei gleiten die Fleischschollen auf der spiralförmig gekrümmten Gleitbahn 24 auf, wodurch sie in dem sich ste­ tig verengenden Leitkanal 27 infolge des Keileffektes einen ständigen Druck auf die mit den Schneidorganen 15, 16 besetzte zylindrige Innenwand des inneren Messerrotors 6 ausüben. Dieser vom Messerrotor 6 autogen erzeugte An­ preßdruck bewirkt, daß die Fleischschollen 22 dicht an den spiralförmig nach außen verlaufenden Wandpartien 18 des Messerrotors 6 entlanggleiten, an deren jeweiligem Ende sie von dem Gatter der Trennklingen 16 in einer Tiefe ein­ geschnitten werden, die der von den Messern 15 unmittelbar danach abgeschälten Schichtdicke d entspricht.

Als vorteilhaft haben sich die Krümmungen der Gleitbahn 24 nach Archimedischen Spiralen erwiesen, deren Krümmungs­ gradienten e, wie in. Fig. 9 für drei Fälle a, b und c demonstriert, auf die maßgeblichen Stoffwerte der Gutbroc­ ken, wie Konsistenz und Reibungskoeffizient, abgestimmt werden können. Über die Größe der durch Keileffekte in dem sich verengenden Leitkanal 27 erzeugten Andrückkräfte läßt sich eine qualitative Aussage näherungsweise durch fol­ gende Überlegung gewinnen: Legt man an einem Punkt P der spiralförmigen Gleitbahn 24 die Tangente t_sp an und ord­ net man ihr an der gleichen Stelle die Kreistangente t_kr zu, so schließen die beiden Tangenten den Differenzwinkel ε ein, der in grober Annäherung dem wirksamen Keilwinkel der momentanen Schollenverkeilung im Leitkanal 27 entspricht. Die von den Schneidorganen 15, 16 des Messerrotors 6 auf die Gutschollen 22 ständig ausgeübte, als Triebkraft wir­ kende Schnittkraft F_s stellt den Widerstand dar, den die Gutschollen dem Eindringen der Messerschneiden infolge Ma­ terialverdrängung entgegensetzen. Dieser Widerstand und damit auch die Schnittkraft F_s ist verständlicherweise um so größer, je höher die Konsistenz des Materials der zu verarbeitenden Gutschollen 22 ist.

Diese Schnittkraft F_s verursacht als Triebkraft in dem sich stetig verengenden Leitkanal 27 aufgrund des be­ kannten Keilgesetzes eine normal von der spiralförmigen Gleitbahn 24 ausgehende, also in Richtung ihres Tangen­ tenlotes wirkende Normalkraft F_n, mit der die Gut­ schollen gegen die Innenwand des Messerrotors 6 gedrückt werden, gemäß der bekannten Keilbeziehung:
F_n = F_s : sin ε; also F_n/F_s = 1/sin ε = a, wobei a der Verstärkungsfaktor ist, um den die Normalkräfte F_n, mit der die Gutschollen 22 gegen den Messerrotor 6 ge­ drückt werden, größer sind als die sie verursachenden Schnittkräfte F_s.

Diese Kräfteverhältnisse sind in Fig. 9 für drei Varianten a, b, c der spiralförmigen Gleitbahn 24 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß der Verstärkungsfaktor a um so größer ist, je weniger die spiralförmige Gleitbahn 24 ge­ krümmt ist, je kleiner also ihr Krümmungsgradient e ist. Für Stoffe hoher Konsistenz, die also große Schnittkräfte F_s verursachen, wozu zweifellos hartgefrorenes Fleisch zählt, kommt daher eher die Variante c für die Gestaltung der spiralförmigen Gleitbahn 24 in Betracht. Hingegen eignet sich für Stoffe, die geringe Schnittkräfte F_s verursachen, wie es beispielsweise bei Zuckerrüben der Fall ist, eher die Spiralvariante a. Demzufolge hat es der Konstrukteur in der Hand, aufgrund der für das zu verar­ beitende Material ermittelten Konsistenz den hierfür ge­ eigneten Krümmungsgradienten e für die spiralförmige Gleitbahn 24 auszuwählen, um die auf die Gleitbahn 24 wirkenden Reaktionskräfte festigkeitsmäßig in beherrsch­ baren Grenzen zu halten.

Ein weiterer Gesichtspunkt, den der Konstrukteur bei der Auslegung der spiralförmigen Gleitbahn 24 zu beachten hat, ergibt sich aus der Frage, unter welchen Umständen die Gutbrocken 22 den Leitkanal 27 infolge Reibung blockieren können. Dieser Fall tritt ein, wenn die Reibungskraft F_r die Triebkraft F_s übersteigt, wenn also F_r = µ ·F_n ≧ F_s ist, wobei µ der jeweilige Reibungskoeffizient eines Gutbrockens 22 auf einer Stahl­ unterlage ist. Mit F_n = a·F_s ergibt sich, daß der kritische, also maximal zulässige Reibungskoeffizient für die jeweiligen Gutbrocken µ_kr = 1/a = sinε ist. Demnach tritt also Blockierung infolge Reibung um so eher ein, je kleiner der Krümmungsgradient e der spiralförmigen Gleit­ bahn 24 ist. Die in Fig. 9 für die dort untersuchten drei Spiralformen angegebenen kritischen Reibungskoeffizienten µ_kr zeigen, daß für gefrorene Fleischschollen aufgrund ihres äußerst geringen Reibungskoeffizienten auf Stahl kaum ein Blockieren zu befürchten ist. Indes können bei der Verarbeitung von schneidbaren Industrieprodukten, wie Kautschuk, Gummi oder Kunststoffen, für die die erfin­ dungsgemäß gestaltete Zerkleinerungsmaschine ebenfalls brauchbar ist, die angegebenen Grenzwerte µ_kr über­ schritten werden, so daß für diese Stoffe bei der Ausle­ gung der spiralförmigen Gleitbahn 24 auch das durch Reibung verursachte Blockierungsproblem zu berücksichtigen ist.

Abschließend lassen sich anhand der Fig. 9 durch theoretische Überlegungen noch die folgenden qualitativen Aussagen machen: Die Verweilzeit eines Gutbrockens in dem sich stetig verengenden Leitkanal 27 ist gleich der Zeit, die der Messerrotor 6 benötigt, um ihn restlos zu zer­ kleinern. Daraus folgt, daß für gleich dicke Gutbrocken die Verweilzeit im Gutkanal 27 für alle seine Varianten gleich ist, was zur weiteren Folge hat, daß die Durch­ laufgeschwindigkeit der Gutbrocken im Leitkanal um so größer ist, je länger der Leitkanal ist. Da die Schnitt­ geschwindigkeit sich als Differenz zwischen der Umlauf­ geschwindigkeit der Schneidorgane 15, 16 und der Gutge­ schwindigkeit im Leitkanal darstellt, ist die Schnitt­ geschwindigkeit um so größer, je kürzer der Leitkanal 27, je größer also der Krümmungsgradient e der spiralförmig gekrümmten Gleitbahn 24 ist. Schließlich ist auch leicht einzusehen, daß der Gutdurchsatz um so größer ist, je mehr Gutbrocken gleichzeitig von den Schneidorganen 15, 16 des Messerrotors 6 beaufschlagt sind. Demzufolge ist der Gut­ durchsatz um so größer, je kleiner der Krümmungsgradient e der spiralförmigen Gleitbahn 24 ist.

Im übrigen ist es offensichtlich, daß das aus der spiral­ förmigen Gleitbahn 24 gebildete stationäre Leitsystem in mehrfacher Hinsicht vorteilhafter ist als das aus dem Mit­ nehmerrotor 7 bestehende mobile Leitsystem. Zum einen ist infolge Fortfalls eines dritten Rotors sowohl der bauliche Aufwand als auch der betriebliche Energiebedarf wesentlich geringer. Zum anderen werden unkontrollierte, heftige Schläge auf die eingespeisten Gutbrocken vermieden, was den Anteil an unerwünschtem Feingut im erzeugten prismati­ schen Produkt erheblich reduziert. Und schließlich bleibt der für das exakte Schneidverhalten der Schneidorgane 15, 16 unerläßliche Anpreßdruck der Gutbrocken gegen den in­ neren Messerrotor 6 bis zu deren restlosen Zerkleinerung erhalten, wobei der optimale Anpreßdruck sich von selbst entsprechend der jeweiligen Konsistenz der Gutbrocken einstellt.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Zerkleinern schneidbarer Stoffe, insbesondere tierischer oder pflanzlicher Herkunft, zur Erzeugung eines Produkts, dessen Partikel im we­ sentlichen eine einheitliche prismatische, vorzugs­ weise kubische Form mit definierten Kantenlängen (d, b, l) aufweist, bestehend aus einem dreidimensional wirksamen rotorischen Schneidsystem, dessen Schneid­ organe von den eingespeisten Gutbrocken Schichten von der Dicke d abschälen, diese in Streifen von der Breite b längsteilen und schließlich diese Streifen in prismatische Partikel von der Länge l querteilen, dadurch gekennzeichnet, daß das rotorische Schneid­ system (4) aus zwei konzentrischen Messerrotoren (5, 6) besteht, von denen der innere Messerrotor (6) auf seinem Innenumfang mit den Schneidorganen (15, 16) für die Streifen- und Schichtschnitte mehrfach besetzt ist, während der äußere Messerrotor (5) mit den Schneidorganen (20) für die Querteilschnitte gleichmäßig bestückt ist, wobei im Innenraum des in­ neren Messerrotors (6) Leitorgane (17, 24) vorgesehen sind, die die Gutbrocken (22) am inneren Messerrotor unter Anpreßdruck in Schnittposition bringen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am inneren Messerotor (6) mehrfach ange­ ordneten Schneidorgane für die Schichtschnitte aus plattenförmigen Messern (15) bestehen, die unter einem Winkel (α) zur Umlauftangente angestellt sind und deren Schneiden im wesentlichen achsparallel verlaufen, wobei ihnen quer dazu verlaufende Durch­ trittskanäle (14) vorgeordnet sind, in deren Ein­ trittsbereich die gatterartigen Schneidorgane (16) für die Streifenschnitte angeordnet sind und ihr Aus­ trittsbereich an der Peripherie des inneren Messer­ rotors (6) von den Schneidorganen (20) für die Quer­ teilschnitte überstrichen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidorgane für die Streifenschnitte aus Trennklingen (16) bestehen, die gatterartig in parallelen Radialebenen mit gleichmäßigen axialen Abständen (b) angeordnet sind und deren Schneiden unter einem flachen, entgegen der Umlaufrichtung an­ steigendem Winkel (ß) verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des inneren Messerrotors (6) in mehrere zwischen den Schneidorganen (15, 16) be­ findliche Umfangspartien (18) unterteilt ist, die entgegen der Umlaufrichtung des Messerrotors (6) je­ weils spiralförmig bis zur abzuschälenden Schicht­ dicke (d) nach außen ansteigend verlaufen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das im Innenraum des inneren Mes­ serrotors (6), angeordnete Leitorgan für die Gut­ brocken (22) aus einer stationären Gleitbahn (24) be­ steht, deren wirksame Flanke zum inneren Messerrotor (6) in dessen Umlaufrichtung geneigt ist, wobei die Gleitbahn vorzugsweise nach einer Archimedischen Spirale gekrümmt ist und dabei mit dem inneren Mes­ serrotor einen in Umlaufrichtung sich stetig ver­ engenden Leitkanal (27) bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stationäre Gleitbahn (24) an der Innenseite (25) der Gehäusetür (26) auswechselbar befestigt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Innenraum des inneren Mes­ serrotors (6) angeordneten Leitorgane für die Gut­ brocken (22) aus Leitschaufeln (17) bestehen, die Be­ standteil eines im inneren Messerrotor (6) konzen­ trisch gelagerten Mitnehmerrotors (7) sind, wobei ihre wirksame Flanke (17′) unter einem Winkel (γ) zur Umlauftangente geneigt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am äußeren Messer­ rotor (5) angeordneten Schneidorgane für die Quer­ teilschnitte aus plattenförmigen Messern (20) be­ stehen, die unter einem Winkel (δ) zur Umlauftangen­ te angestellt sind und deren Schneide im wesent­ lichen achsparallel verläuft.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidorgane (15, 16) für die Streifen- und Schichtschnitte samt den ihnen zugeordneten Durchtrittskanälen (14) jeweils eine kompakte Baueinheit (21) bilden, die am inneren Messerrotor (6) kassettenartig auswechselbar ist.