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Die Erfindung betrifft ein Umlaufmesser mit einem scheibenförmigen Grundkörper und einem mit dem Grundkörper umlaufenden Wuchtkörper.
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Umlaufmesser, wie sie in Maschinen zum Zerscheiben von Lebensmitteln (Slicern) verwendet werden, haben einen nicht ausgewuchteten Grundkörper. Diese Unwucht kann entweder davon herrühren, dass der Unwuchtkörper unsymmetrisch ist (Spiralmesser) oder davon, dass der Grundkörper exzentrisch um eine Achse bewegt wird (Exzentermesser). In beiden Fällen ist es notwendig, den Grundkörper durch Aufsetzen eines Wuchtkörpers auszuwuchten, damit das Umlaufmesser mit hohen Drehzahlen betrieben werden kann, wie diese in Slicern üblich sind (bis 2000 upm).
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Die derzeit verwendeten Unwuchtkörper sind auf die Hauptflächen des Grundkörpers aufgesetzt und stehen von dieser über. Dies bedeutet zum einen eine Unfallgefahr, zum anderen wirken die aufgesetzten Grundkörper auch als luftfördernde Flügel, und der durch sie erzeugte Luftstrom kann das Abfallen von Scheiben, die durch das Umlaufmesser von einem Produktlaib abgetrennt werden, nachteilig beeinflussen. Die aufgesetzten Grundkörper bleiben auch bei einem Nachschärfen der Schneide des Grundkörpers der Einfachheit halber auf dem Grundkörper sitzen. Dieser hat somit verhältnismäßig großes Gewicht, denn bei einem typischen Gewicht eines Umlaufmessers von etwa 20 kg entfallen etwa 6 kg auf den Wuchtkörper.
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Durch die vorliegende Erfindung soll ein Umlaufmesser geschaffen werden, welches zum Nachschleifen der Schneidkante leichter gehandelt werden kann.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Umlaufmesser mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Umlaufmesser wird nicht das gesamte Messer zum Nachschärfen von der Slicerwelle abgenommen. Es reicht, wenn man den Grundkörper vom Nabenkörper abnimmt und letzteren auf der Maschinenwelle belässt. Der verglichen mit dem ganzen Umlaufmesser deutlich leichtere Grundkörper kann dann einfacher von einem Mechaniker gehandlet werden, und er lässt sich auch leichter verpacken, da er keine vorstehenden Teile aufweist.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Umlaufmessers ist der, dass die Unfallgefahr reduziert ist, da der Wuchtkörper zugleich den Nabenkörper darstellt, der flach in die Messerscheibe eingreift.
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Der geringe Überstand des Nabenkörpers über den Grundkörper führt auch dazu, dass beim Umlaufen des Messers nur geringere Luftströmungen erzeugt werden, welche das Abfallen der abgeschnittenen Scheiben beeinträchtigen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 ist im Hinblick auf kompakte Abmessungen des Umlaufmessers von Vorteil.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick auf einfach herzustellende präzise Positionierung des Grundkörpers auf dem Nabenkörper von Vorteil.
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Bei einem Umlaufmesser gemäß Anspruch 4 lässt sich der Grundkörper besonders einfach auf das Nabenteil aufsetzen.
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Dabei ist die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 im Hinblick auf vorgegebene Orientierung des Grundkörpers auf dem Nabenkörper auch in Umfangsrichtung von Vorteil.
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Bei einem Umlaufmesser gemäß Anspruch 6 hat der Grundkörper nur kleines Gewicht.
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Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 dient einer präzisen Positionierung des Grundkörpers auf dem Nabenteil.
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Ein Umlaufmesser gemäß Anspruch 8 zeichnet sich durch besonders geringes Gewicht aus.
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Bei Ausbildung des Wuchtkörpers gemäß Anspruch 9 kann man auch größere Unwuchten des Grundkörpers ausgleichen.
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Die Maßnahme des Anspruchs 10 bringt den Vorteil, dass man die axiale Abmessung des Wuchtkörpers klein wählen kann, da er große Unwuchten schon durch ungleiche radiale Massenverteilung über einen größeren radialen Bereich des Umlaufmessers erbringen kann.
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Ein Unlaufmesser, wie es im Anspruch 11 angegeben ist, kann, bei Bedarf, auch ganz von der Slicerwelle getrennt werden. Typischerweise ist es zwar so, dass nach dem Abbauen eines Grundkörpers, dessen Schneidkante stumpf geworden ist, ein Grundkörper gleicher Geometrie wieder angebaut wird. Dies ist regelmäßig so, wenn auf dem Slicer immer die gleichen Produkte geschnitten werden. Zuweilen ist es jedoch auch notwendig, auf ein anderes Messer umzustellen, das für ein neues Produkt besser geeignet ist. In diesem Falle wird dann auch der Nabenkörper ausgetauscht, der typischerweise so auf den Grundkörper abgestimmt ist, dass er für diesen speziellen Grundkörper in dessen Neuzustand einen zufriedenstellenden Wuchtausgleich schafft.
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Eine Schneidgeometrie des Grundkörpers, wie sie im Anspruch 12 angegeben ist, sorgt für eine gut reproduzierbare gleichbleibende Fallbewegung einer geschnittenen Scheibe vom Ende des Produktlaibes.
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Mit der Maßnahme des Anspruchs 13 wird dabei ein nochmals verbessertes Ablösen einer Scheibe vom Produktlaib gewährleistet.
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Gemäß Anspruch 14 erhält man eine besonders belastbare Verbindung zwischen Wuchtkörper und Grundkörper.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 15 ist im Hinblick auf gleichbleibende Schneidgeometrie auch bei mehrfachem Nachschärfen des Grundkörpers von Vorteil.
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Bei einem Umlaufmesser gemäß Anspruch 16, können kleine Restunwuchten, die sich im Laufe der Zeit aus größerem Materialabtrag am Umfang des Grundkörpers beim Nachschärfen ergeben, fein ausgeglichen werden.
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Ein derartiger feiner Wuchtausgleich kann gemäß Anspruch 17 ohne mechanische Einstellarbeiten herbeigeführt werden.
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Bei einem Umlaufmesser gemäß Anspruch 18 braucht man keine hohen Temperaturen anzuwenden, um die Massenverteilung im Kompensationskörper zu ändern.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 19 ist im Hinblick auf ein gut steuerbares feines Umverteilen des umschmelzbaren Materialies von Vorteil.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine axiale Aufsicht auf den Grundkörper eines Umlaufmessers mit spiralförmiger Schneidkante;
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2 einen axialen Schnitt durch einen Randbereich des Messer-Grundkörpers von 1;
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3 eine axiale Aufsicht auf den Grundkörper von 1, wobei in eine Öffnung des letzteren nun ein scheibenförmiges Nabenteil eingesetzt ist;
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4 eine schematische Darstellung eines Wucht-Kompensationskörpers, der auf eine oder beide Deckflächen des Nabenteiles aufgesetzt werden kann.
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In den 1 bis 3 ist mit 10 insgesamt ein Grundkörper eines Spiralmessers bezeichnet, welcher einen mittleren Tragabschnitt 12 und einen äußeren Schneidabschnitt 14 aufweist. Letzterer hat an seinem Rand eine Schneide 16. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Schneide 16 in Form einer Spirale. Entsprechend spiralig ist der Schneidabschnitt 14 und der Tragabschnitt 12. Der Tragabschnitt 12 hat im Wesentlichen die Form einer Platte mit planparallelen Deckflächen.
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Der Grundkörper 10 ist einstückig aus einem für Messer geeigneten und mit Lebensmittel verwendbaren Material hergestellt.
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2 zeigt Einzelheiten der Geometrie des Umlaufmessers 10.
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Der Tragabschnitt 12 ist motorseitig durch eine kegelstumpfförmige Endfläche 24 begrenzt, welche beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Winkel fw zu einer transversalen Ebene von etwa 10° aufweist. Dieser Winkel kann für andere Ausführungsbeispiele auch etwas größer liegen, z. B. bei 12 oder 15° oder auch etwas kleiner sein, etwa 8°.
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Eine vordere, vom Motor abgelegene Endfläche 26 des Tragabschnittes 12 hat kleineren Anstellwinkel. Er beträgt bei einem paraktischen Ausführungsbeispiel etwa 4°, kann aber auch nur 2° oder 6 bis 8° betragen. Wichtig ist, dass sich die Dicke des Tragabschnittes 12 in radialer Auswärtsrichtung verkleinert.
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Der Schneidabschnitt 14 hat eine untere Schneidenfläche 28, die senkrecht auf der Achse der Welle 20 steht. An der Stoßstelle zwischen der Endfläche 26 und der Schneidenfläche 28 liegt eine in Umfangsrichtung verlaufende Kante 30.
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Am radial außenliegenden Ende der Schneidenfläche 30 liegt die Schneide 16, die in radialer Auswärtsrichtung durch eine zweite Schneidenfläche 32 begrenzt ist. Die zweite Schneidenfläche 32 ist unter einem Winkel sw von etwa 25° angestellt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann dieser Winkel zwischen 20 und 30° betragen. Der Anstellwinkel der Schneidenfläche 32 wird im Hinblick auf die Eigenschaften des zu zerschneidenden Materiales und, in geringerem Ausmaße, durch die Eigenschaften des Materiales bestimmt, aus welchem das Umlaufmesser 10 hergestellt ist.
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An die Schneidenfläche 32 schließt sich in radialer Einwärtsrichtung eine kegelstumpfförmige Führungsfläche 34 an, die dazu dient, schon abgetrennte Teile einer Scheibe vom neuen Ende des Produktlaibes wegzudrücken, welches in der Ebene der Schneidfläche 28 geschaffen wird. Die Führungsfläche 34 bildet zusammen mit der Schneidenfläche 32 eine in Umfangsrichtung verlaufende Kante, die in der 2 mit 36 bezeichnet ist.
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An die Führungsfläche 34 schließt sich wiederum in radialer Einwärtsrichtung eine Ringfläche 38 an, die senkrecht auf der Achse der Welle 20, also der Messerachse, steht und somit parallel zur ersten Schneidenfläche 28 verläuft. Die Ringfläche 36 bildet mit der Führungsfläche 34 eine in Umfangsrichtung verlaufende Kante 40.
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Die Führungsfläche 34 hat die gleiche Steigung wie die Endfläche 24.
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Die Ringfläche 38 bildet zusammen mit der Endfläche 24 eine in Umfangsrichtung verlaufende Kante 42.
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In der Zeichnung ist durch gestrichelte Linien eine Gestalt des Umlaufmessers 10 gezeigt, welche noch einige wenige Nachschärfungen erlaubt. Die Ausgangsgestalt des Umlaufmessers 10 ist in 2 durch ausgezogene Linien wiedergegeben.
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In der Praxis kann die radiale Abmessung der Ringfläche 38 etwa 8 mm betragen.
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Bei einem Materialabtrag von einigen Zehntel mm pro Nachschärfung kann somit das Umlaufmesser etwa 50 Mal nachgeschärft werden, wobei nach jedem Nachschärfen gewährleistet ist, dass die Schneidgeometrie unverändert ist. Schneidgeometrie heißt insbesondere Konstanz des Winkels sw zwischen den Schneidenflächen 28 und 32, Konstanz des Winkels fw zwischen der Schneidenfläche 32 und der Führungsfläche 34 und gleiche radiale und axiale Abmessung der Führungsfläche 34.
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Damit ist gewährleistet, dass die geometrischen Bedingungen, die für das Abschneiden und Abdrücken einer Scheibe vom Produktlaib wichtig sind, vom ersten Einsatz des Messers bis zum Ende seines Einsatzes gleich sind.
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Das Vorsehen der Ringfläche 38 hat den weiteren Vorteil, dass die Führungsfläche 34 und die Begrenzungsfläche 24 gegeneinander versetzt sind. Damit wird die Berührfläche zwischen der Rückseite einer abgeschnittenen Scheibe und der Hinterseite (Motorseite) des Umlaufmessers 10 klein gehalten. Dies ist im Hinblick auf ein gutes Fallen der abgetrennten Scheibe von Vorteil. Zwischen der Rückseite der gerade abgeschnittenen Scheibe und der Rückseite der Begrenzungsfläche 24 bildet sich ein Luftpolster, welches einen direkten Kontakt zwischen der Scheibenrückseite und der Messerrückseite verhindert.
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Typische Spiralmesser, die zum Abschneiden von Scheiben von Lebensmittellaiben verwendet werden, haben einen großen Radius der Spirale im Bereich von etwa 400 bis 50 mm oder mehr und einem kleineren Radius im Bereich von 250 bis 350 mm oder weniger. Die Steigung der Spirale wird im Hinblick auf die zu schneidenden Produkte, insbesondere deren Durchmesser und deren Härte, gewählt.
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Alternativ kann man die Erfindung aber auch bei kreisförmigen Umlaufmessern verwenden, bei denen das Nabenteil dann exzentrisch angeordnet wird.
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Die Ringfläche 38 braucht nicht exakt senkrecht auf der Messerachse zu stehen. Man kann sie auch geringfügig geneigt laufen lassen, um gezielt einen Ausgleich dafür zu schaffen, dass beim Nachschärfen die Führungsfläche 34 etwas kleiner wird, nämlich gemäß dem kleineren Radius dieser Fläche. Wenn man die Ringfläche 38 somit leicht geneigt anstellt, so dass mit dem Nachschleifen die Kante 40 geringfügig in axialer Richtung zum Motor wandert, wird die Führungsfläche 34 etwas größer als dann, wenn die Ringfläche 38 exakt transversal zur Motorwelle angeordnet ist. Auf diese Weise kann man dann den abnehmenden Radius der Führungsfläche 34 etwas kompensieren. Die Neigung der Ringfläche 38 zur Achse der Motorwelle 20 bleibt aber im Bereich von einigen wenigen Grad, so dass man die Orientierung der Ringfläche 38 als im Wesentlichen transversal beschreiben kann.
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Der Grundkörper 10 ist insgesamt ein einstückiges Edelstahlteil, welches den Bedingungen in der Lebensmittelindustrie genügt und darüber hinaus auch den hohen Drehzahlen und den ungleichförmigen Belastungen beim Schneiden standhält.
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Wie aus den 1 und 3 ersichtlich, hat der Grundkörper 10 eine große Öffnung 44, in welche ein Nabenteil 46 formschlüssig eingesetzt ist. Zum Befestigen dienen Schrauben 48, die in Gewindebohrungen 49 laufen, die in einem Ringbund 50 vorgesehen ist, welcher die Öffnung 44 umgibt.
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Unter Einsatzbedingungen ist das Nabenteil 46 über eine nur schematisch dargestellte Welle 52 mit einem Motor 54 verbunden, der so das durch Nabenteil 46 und Grundkörper 10 gebildete Umlaufmesser 56 antreibt.
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Wie aus 3 ersichtlich, hat das Nabenteil 46 die Form einer flachen Kreisscheibe mit einem radial nach außen überstehenden Flansch 58, welcher den Rand der Öffnung 44 überragt. Im Flansch 58 sind Öffnungen 60 vorgesehen, durch welche sich die Schrauben 48 erstrecken.
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In einem zentralen Bereich hat das Nabenteil 46 weitere Öffnungen 62, die Schrauben aufnehmen können, mit denen das Nabenteil 46 mit der Stirnfläche der Welle 52 verbunden wird.
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In den Scheibenkörper des Nabenteiles 46 sind von beiden Seiten symmetrisch flache Ausnehmungen 64 eingebracht, welche beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Umfangserstreckung von jeweils etwa 60° haben. Die drei Ausnehmungen 64 sind durch schmale Stege 66 voneinander getrennt. Die Ausnehmungen 64 befinden sich in demjenigen Bereich des Nabenteiles 46, der dem größeren Durchmesser aufweisenden Teil des Grundkörpers 10 zugewandt ist.
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Auf diese Weise bildet das Nabenteil 46 in seinem in 3 links gelegenen Bereich eine Unwucht, welche die Unwucht kompensiert, die durch den sich spiralig erweiternden Bereich des Grundkörpers 10 gebildet ist.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der von Ausnehmungen 64 freie Bereich des Nabenteiles 46 über einen großen radialen Bereich und einen über 180° verlaufenden Umfangsbereich. Aufgrund dieser Geometrie kann man eine recht große Unwucht des Grundkörpers 10 durch das Nabenteil 46 ausgleichen, ohne dass dieses größere axiale Abmessungen zu haben bräuchte. Es reicht, wenn die Deckflächen des Nabenteiles 46 etwa 5 bis 10 mm über die Deckflächen des Tragteiles 12 überstehen.
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In Abwandlung der Erfindung kann man auf den in 3 planparallelen linken Abschnitt des Nabenteiles 46 auch noch flache Vorsprünge 68 aufsetzen, die gestrichelt angedeutet sind und in ihrer Gestalt den Ausnehmungen 64 nahekommen. Vorzugsweise wird aber zur Erhöhung der kompensierbaren Unwucht einfach die axiale Abmessung des Nabenteiles 46 etwas vergrößert.
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Die Massenverteilung im Nabenteil 46 ist so berechnet, dass diese genau die Unwucht des Grundkörpers 10 ausgleicht, wenn dieser im Neuzustand ist.
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Beim Nachschärfen des Grundkörpers 10 geht dann etwas Masse am Rand des Schneidabschnittes 14 verloren, so dass das Umlaufmesser 56 wieder eine leichte Unwucht enthält. Wo diese nicht so klein ist, dass sie hingenommen werden kann, kann man eine Feinwuchtung dadurch vornehmen, dass man in die Ausnehmungen 64 Material einbringt. Dies kann z. B. durch Einstecken von Blech-Auflagen oder durch Einschrauben von Wuchtstiften 69 in einen Kranz von Gewindebohrungen 70 erfolgen, die in den Böden der Ausnehmungen 64 vorgesehen sind.
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Vorzugsweise erfolgt diese Fein-Auswuchtung aber durch Anbringen eines Kompensationskörpers 72 in der mittleren (und ggf. weiteren) der Ausnehmungen 64.
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Die 4 zeigt ein Beispiel für einen derartigen Kompensationskörper 72, der eine Randkontur hat, die zu der einer Ausnehmung 64 komplementär ist.
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Der Kompensationskörper 72 enthält in seinem Inneren einen geschlossenen flachen sanduhrförmigen Hohlraum mit zwei Kammern 74, 76, die durch einen Kanal 78 miteinander verbunden sind.
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Im Inneren der Kammeranordnung befindet sich ein schematisch dargestelltes umschmelzbares Metallmaterial 80.
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Im Ausgangszustand (neuer Grundkörper) befindet sich das Metallmaterial 80 vollständig in der radial innenliegenden Kammer 74.
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Wird der Grundkörper 10 am Rande nachgeschliffen, wird der Kompensationskörper 72 erwärmt, und man lässt durch den ebenfalls heißen Kanal 78 eine kleine Menge geschmolzenen Materiales in die radial außenliegende Kammer 76 unter Schwerkraft fließen.
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Dies kann aufgrund von Erfahrungswerten erfolgen, die in einer Tabelle abgelegt sind, oder dadurch, dass man den Kompensationskörper 72 um seine transversale Achse drehbar lagert und das Drehmoment misst, das der Kompensationskörper bei horizontaler Ausrichtung der Kammeranordnung erzeugt. Hierzu kann man z. B. einen Torsionssensor verwenden.
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Das Steuern des Metallflusses kann durch eine steuerbare Heizund Kühleinrichtung 82 erfolgen, die dem Kanal 78 zugeordnet ist.
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Zusammen mit dem nachgeschärften Grundkörper 10 wird dann der nachjustierte Kompensationskörper 72 wieder auf dem Nabenteil 18 angebracht, und man hat dann ein nachgeschärftes Umlaufmesser 56, welches wieder gut wuchtfrei ist.
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In 3 ist mit A die Drehachse des Umlaufmessers 56 bezeichnet.
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Bei 84 ist eine tordierter Endabschnitt der Endfläche 24 gezeigt, der in die Umfangsfläche des Ringbundes 50 führt.
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86 ist eine schräge Anfasung der in Drehrichtung hinteren Kante des Tragabschnittes 12, welche bei der Arbeitsrichtung des Umlaufmessers (in 3 entgegen dem Uhrzeigersinne), zur Ausübung einer Saugkraft auf die im Abschneiden begriffene Produktscheibe führt, was deren Abheben vom Ende des Produktlaibes begünstigt.
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In Abwandlung kann man die Ausnehmungen 62 auch mit leichten Schaum-Füllstücken ausfüllen oder durch einen aufgesetzten (z. B. aufgeclipsten) dünnen Deckel 88 verschließen, von dem ein Teil gestrichelt in 3 angedeutet ist. Die Stege 66 können dann keine Luft mitnehmen.
