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"Vorrichtung zum Schneiden von Nahrungsmitteln" Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Schneiden von Nahrungsmitteln mit mindestens einem Schneidwerkzeug,
das an einem im Ultraschallbereich arbeitenden Schwingungsgeber befestigt ist.
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Die DT-AS 1 053 151 beschreibt ganz allgemein eine derartige Vorrichtung
zum Schneiden von weichem Material, die mit beliebigen Schneidwerkzeugen arbeiten
soll. Als Beispiel für ein Schneidwerkzeug wird ein gespannter
Draht
angegeben, dessen Halterung am Schwingungsgeber befestigt ist. Dabei treten zwangsläufig
Biegewellen in Draht auf. An den Knoten dieser Biegewellen bleibt der Draht bewegungslos,
so daß hier keine Schneidleistung erzielt wird. Dies beeinträchtigt den gesamten
Schneidvorgang. Weiterhin wird der Draht durch die Biegewellen in ungünstiger Weise
beansprucht, so daß mit geringen Standzeiten gerechnet werden muß.
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In der US-PS 2 452 211 wird das heute im Werkzeugmaschinenbau allgemein
gebräuchliche Bohren mit Ultraschall beschrieben, bei dem der Schwingungsgeber das
an seiner Stirnseite befestigte Werkzeug unter Zugabe von Schleifmitteln in Schwingungsrichtung
in das Werkstück hineinwandern läßt. Als weiteres Anwendungsbeispiel wird eine Schneidvorrichtung
angegeben, bei der das an der Stirnseite des Schwingungsgebers sitzende Schneidwerkzeug
seitliche Zähne trägt. Hier liegt also die Schwingungsrichtung senkrecht zur Vorschubrichtung,
so daß der eigentliche Effekt der Ultraschallschwingungen, nämlich die Zerstörung
der Bindungen zwischen den Molekülen durch Eintragung von Schwingungsenergie, verloren
geht. Es handelt sich bei dieser bekannten Vorrichtung vielmehr um eine Säge, deren
Taktfrequenz im Ultraschallbereich liegt.
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Den bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß sie sich nicht zum
Schneiden von bihnförmigon, insbesondere spröden Backwaren eignen.
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Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der unter Erzielung hoher Standzeiten
bahnförmige, insbesondere spröde Backwaren geschnitten werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß, zum Schneiden von bahnförmigen Backwaren, insbesondere von
Knäckebrot, der Schwingungsgeber mit seiner in Schwingungsrichtung liegenden Achse
gegen die Senkrechte der Bahn geneigt ist und daß das Schneidwerkzeug geneigt zur
Schwingungsrichtung vom Schwingungsgeber absteht.
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Es wurde gefunden, daß sich diese Vorrichtung tatsächlich sum Schneiden
von Bahnen für Waffeln, Kekse oder dergleichen und insbesondere Knäckebrot eignet.
Die Bannen können kontinuierlich oder diskontinuierlich geschnitten werden. Weiterhin
besteht die Möglichkeit, die Bahnen direkt nach dem Austritt aus dem Ofen bzw dem
Nachtrockenofen oder aber in abgelagertem Zustand zu schneiden.
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Die Standzeiten des Schneidwerkzeuges sind überraschend hoch. Man
wählt die Länge des Schneidwerkzeuges unter Berücksichtigung der erforderlichen
Schneidamplitude und Lebensdauer möglichst gering und yorzugsweise derart, daß sich
innerhalb des Schneidwerkzeuges keine Biegewellen ausbilden. Dabei wird dann das
Schneidwerkzeug mit der Amplitude der Dehnwellen des Schwingungsgebers
hin
und her bewegt. Als besonders günstige Materialien für das Schneidwerkzeug haben
sich Stahl-und Titanlegierungen erwiesen, und zwar im Hinblick auf ihre Widerstandsfähigkeit
gegen Biege-Wechselbeanspruchungen.
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Der Neigungswinkel des Schwingungsgebers gegenüber der Senkrechten
der Bahn sollte möglichst groß sein, da die Wirkung der Ultraschallschwingungen
ihren optimalen Wert erreicht, wenn die Schwingungsrichtung des Schwingungsgebers
parallel zur Bahn liegt. Die Wahl des Neigungswinkels ist abhängig von verschiedenen
Parametern, unter anderem von den konstruktiven Gegebenheiten, von der Dicke der
Bahn, von der Schwingungsamplitude und von der Länge des Schneidwerkzeuges. Diesen
Faktoren unterliegt auch die Wahl desjenigen Winkels, um den das Schneidwerkzeug
gegenüber der Schwingungsrichtung des Schwingungsgebers geneigt ist.
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Als bevorzugte Schwingungsfrequenz hat sich der Bereich um 20.000
Hz erwiesen. Die Art des Schwingungsgebers spielt keine wesentliche Rolle. Im Einsatz
wurden sehr gute Ergebnisse mit einem piezoelektrischen Wandler erzielt. Trotz extremer
Schnittleistungen war der Energieverbrauch gering.
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Man kann die Bahn und/oder die Vorrichtung verschieben.
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Beim Schneiden von breiten Bahnen, wio sie insbesondere bei der kontinuierlichen
Knäckebrotherstellung vorliegen, verwendet man vorzugsweise eine größere Anzahl
von
Schneidwerkzeugen, die die Bahn in einzelne Streifen trennen.
Zusätzlich dazu kann man mit einem Satz von Schneidwerkzeugen arbeiten, die sich
gemeinsam mit der Bahn und gleichzeitig quer zur Bahn bewegen. Man erhält auf diese
Weise verpackungsfertige Knäckebrotscheiben. Sämtliche Schwingungsgeber der einzelnen
Schneidwerkzeuge können an einen gemeinsamen Hochfrequenzgenerator angeschlossen
werden, sofern man es nicht vorzieht, jeweils gesonderte Generatoren zu verwenden.
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Es wurde gefunden, daß mit extrem geringen Schnittbreiten gearbeitet
werden kann. Dies vermindert die Verschnittverluste. Außerdem ergeben sich sehr
glatte und saubere Schnitte. Die Vorschubgeschwindigkeit, das heißt, die Schnittgeschwindigkeit,
übersteigt alle bisher in der Backindustrie erzielten Werte.
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Insbesondere beim Schneiden von Knäckebrot kann man die Anordnung
so treffen, daß die Bahn lediglich eingeritzt wird. Daraus ergibt sich eine weitere
Steigerung der Schnittgeschwindigkeit. Auch wird die Belastung des Schneidwerkzeuges
vermindert, so daß dieses noch dünner ausgebildet werden kann. Damit sinkt die Schnittbreite
und dementsprechend der Verschnitt. Die geritzte Bahn zerfällt später beim Abnehmen
von ihrer Unterlage in die einzelnen, unterteilten Segmente.
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Besonders vorteilhaft ist es, mindestens ein Paar von beidseitig der
Bahn einander gegenüberliegenden Schneidwerkzeugen vorzusehen, deren Schnittiefe
auf maximal die Hälfte der Bahndicke eingestellt ist. Dies führt
zu
einer weiteren Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit und zu einer weiteren Verminderung
des Verschnittes.
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Besonders günstige Verhältnisse hinsichtlich der Schnittbreite ergeben
sich, wenn das Schneidwerkzeug als in Schneidrichtung liegendes Blatt mit gerundetem
freien Ende ausgebildet ist, dessen Querschnitt zum freien Ende hin keilförmig,
vorzugsweise mit kurvenförmigen Flanken, abnimmt. Dadurch ersielt man eine sehr
dünne Spitze, insbesondere wenn die Kurven der Flanken Exponentialkurven sind. Gleichzeitig
bringt eine derartige Ausbildung die für hohe Standzeiten erforderliche Festigkeit
mit sich.
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Um kontinuierlich arbeiten zu können, ist es von wesentlicher Bedeutung,
daß sich das Schneidwerkzeug rasch und mühelos austauschen läßt. Dieser Anforderung
wird dadurch Genüge getan, daß der Schwingungsgeber in Längsrichtung verschiebbar
befestigt ist und eine austauschbare Spitze trägt, in deren Querbohrung das Schneidwerkzeug
sitzt. Man muß also lediglich den Schwingungsgeber von der Bahn abziehen und kann
sodann ohne weiteres dessen Spitze samt Schneidwerkzeug auswechseln.
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Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine wesentliche
Senkung der Herstellungskosten in den Brot- und Backwarenbetrieben erzielt, und
zwar durch Rationalisierung des Produktionsablaufes, durch Verringerung des Schneidabfalls
sowie durch Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit.
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Die Erfindung wird im Folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt
in: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung; Fig. 2 in verkleinertem
Maßstab einen schematischen Grundriß der Vorrichtung; Fig. 3 einen Schnitt entlang
der Linie A-A in Fig. 1 Gemäß Fig. 1 sind zwei Schwingungsgeber 1 vorgesehen, die
Jeweils einen piezoelektrischen Wandler enthalten.
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Beide Wandler stehen Über ihre Kabel 2 mit einem gemeinsauren Hochfrequenzgenerator
in Verbindung. Jeder Schwingungsgeber trägt einen Anschlag 1) und sitzt längsverschiebbar
in einer Halterung 3, die ihrerseits schwenkbar gelagert ist. Weiterhin trägt jeder
Schwingungsgeber eine Spitze 4, in der ein Schneidwerkzeug 5 sitzt.
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Wird der piezoelektrische Wandler erregt, so schwingt das Schneidwerkzeug
5 in Richtung der Achse 6 des Schwingungsgobers hin und her unä schneidet aabei
in eine kontinuierlich in Pf'eilricntung bewegte Anäckebrotbann 7 ein. Die Schnittiefe
Beträgt im vorliegenden Falle weniger als die Hälfte der Bahndicke. Die Knäckebrotbahn
wird also von beiden Seiten lediglich geritzt.
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Durch Längsverschiebung des Schwingungsgebers besteht die Möglichkeit,
den Abstand des Schneidwerkzeuges 5 von der Bahn 7 so zu vergrößern, daß sich die
Spitze 4 schnell und mühelos austauschen läßt. Durch eine Verschwenkung
des
Schwingungsgebers kann der Winkel d zwischen der Achse 6 und der Senkrechten 8 der
Knäckebrotbahn 7 verändert werden. Auch kann man den Schwingungsgeber in seiner
Halterung drehen, so daß abgewinkelte Schnittkanten entstehen.
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Das Schneidwerkzeug 5 ist um einen rechten Winkel ß gegenüber der
Achse 6 des Schwingungsgebers geneigt. Es besteht aus Stahl und ist in die aus Titan
hergestellte Spitze 4 eingepreßt. In seinem vorstehenden Abschnitt besitzt das Schneidwerkzeug
im W Längs schnitt die Form eines Keils, dessen Flanken einer Exponentialkurve folgen
(siehe Fig. 3). Die Spitze des Schneidwerkzeuges, gesehen von der Seite her, ist
gerundet ausgebildet.
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Gemäß Fig. 2 kann eine Mehrzahl von Schwingungsgebern mit zugehörigen
Schneidvorrichtungen oberhalb der Knäckebrotbahn 7 angeordnet werden, um letztere
in einzelne Streifen 9 zu zerlegen.
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Im übrigen besteht auch die Möglichkeit, kurvenförmige Schnitte durch
die Bahn zu führen.
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Mit einer Vorrichtung der beschriebenen Art wurden in betriebsmäßigem
Einsatz Knäcksbrotbahnen mit einer Dicke von 5,7-8 mm zerschnitten, wobei die Schnittgeschwindigkeit
0,1-1,5 m/s betrug. Die Schnittbreite war kleiner als 0,5 mm.