Hintergrund der Erfindung
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Mein US-Patent 4,627,194, ausgegeben am 9. Dezember 1986
und seine damit in Bezug stehenden Patente zeigen einen
Messerschärfer unter Verwendung magnetischer Führungen,
die besonders wirksam sind beim Führen und Halten des
Messers gegen die sich bewegende Schleifoberfläche
während des Schärfungsvorgangs. Dem Messerschärfer war
großer Erfolg beschieden, insbesondere beim Schärfen von
Messern mit Klingen normaler Breite. Es gibt einen Bedarf
für einen derartigen Schärfer, der wirksam Klingen
schärfen kann, die sehr schmal sind, wie beispielsweise
Taschenmesser, oder die sehr breit sind.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist ein Ziel dieser Erfindung, einen Messerschärfer
der oben angegebenen Art vorzusehen, wobei die
magnetische Führung eine gute Halte-Führungs-Wirkung ergibt, bei
Klingen, die entweder breit sind oder sehr schmal sind,
wie beispielsweise bei Taschenmessern.
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Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen
derartigen Messerschärfer vorzusehen, der die gesamte Länge der
Klinge bis zum Griff schärft und dennoch schmale
Taschenmesserklingen aufnimmt.
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Gemäß dieser Erfindung umfaßt ein Messerschärfer, der in
meinen obengenannten Patenten gezeigten Art magnetische
Führungen aus einem magnetisierten Material mit
magnetischen Nord- und Südpolen mit entgegengesetzter Polarität.
Eine ferromagnetische Platte ist an jedem Pol angeordnet.
Die erste Platte ist gegen einen Pol angeordnet. Die
zweite Platte jedoch liegt teilweise gegen ihren Pol
parallel zu der einen Platte und erstreckt sich teilweise
entlang der Führungsoberfläche, und zwar in Berührung mit
oder angrenzend mit dem magnetisierten Material. Die
zweite Platte befindet sich an der Oberfläche, die von
der Schleifoberfläche entfernt ist. Die Erfindung ist im
Anspruch 1 definiert.
Die Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine
magnetische Führung darstellt, welche in einem
Messerschärfer gemäß meinen vorigen Patenten
verwendet werden kann;
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Fig.2A und 2B sind Ansichten ähnlich zu Fig. 1 und zeigen
eine schmale Messerklinge an der magnetischen
Führung;
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Fig. 3 bis 4 sind Ansichten ähnlich zu Fig. 2 und zeigen
die Grundsätze oder Prinzipien, auf denen die
vorliegende Erfindung basiert;
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Fig. 5 ist eine Draufsicht eines Teils eines
Messerschärfers gemäß dieser Erfindung;
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Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6
in Fig. 5.
Genaue Beschreibung
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Fig. 1 zeigt die Magnetkonfiguration einer magnetischen
Führung 10 von der Art, die bei Messerschärfern gemäß
meiner Patente verwendet werden. Wie darin gezeigt ist,
umfaßt die magnetische Führung parallele ferromagnetische
Platten 12, 14 und besitzt Nord- und Südpole N und S. Die
Führungsoberfläche 16 ist in eine Ebene geneigt, die die
nicht gezeigte sich bewegende Schleifoberfläche
schneidet. Die Führungsoberfläche 16 besitzt eine Länge oder
Dimension A.
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Wenn die Seite oder Fläche der Klinge 18 kleiner ist als
A, wird die Klinge 18 auf der oberen Platte 14 hängen,
wie es in Fig. 2A gezeigt ist, außer die Klinge 18 wird
körperlich bzw. mechanisch durch den Verwender in die in
Fig. 2B gezeigte Position gedrückt. Das in den
ferromagnetischen Polplatten 12, 14 konzentrierte Magnetfeld
drängt das Messer 18 dazu, entweder in der oberen oder in
der unteren Position zu hängen. Diese Positionen bieten
die Pfade mit dem niedrigsten magnetischen
Flußwiderstand. Das Messer könnte theoretisch stabil sein an einem
Punkt exakt in der Mitte zwischen den Polen, aber dies
hat keine praktische Bedeutung, da das Messer sich
tatsächlich bei der kleinsten Störung zu der einen oder der
anderen der Platten bewegen wird.
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Es ist erwünscht, daß die Klingenwate oder -facette durch
die Magnetstruktur nach unten und in Position gegen das
sich bewegende Schleifmittel gezogen wird. Wenn das
Messer auf den oberen ferromagnetischen Strukturen "hängt"
und die Facette das Schleifmittel nicht erreicht, kann
dies die Bedienungsperson glauben machen, daß das Messer
geschärft würde, wenn es tatsächlich nicht geschärft
wird. Das Messer würde die Diamantschleifpartikel nicht
berühren. Wenn die Bedienungsperson aufmerksam genug ist,
die Klinge zu der unteren ferromagnetischen Polplatte zu
drücken, kann die Facette das Schleifmittel berühren oder
nicht, abhängig von der Geometrie des Messers, den
Polabständen und dem Abstand (Spalt) zwischen dem unteren
Polstück und dem Schleifmittel. Es gibt ein weiteres
ernstes Problem, wenn die zu schmale Klinge in die untere
Position gedrückt wird - insbesondere ergibt sich eine
winkelmäßige Instabilität des Messers bezüglich der
Führungsebene - da die Klinge in diesem Fall nicht die obere
Polplatte kontaktiert. Das Fehlen eines Kontakts an dem
oberen Pol vermindert den magnetischen Fluß durch das
Messer und das Fehlen eines guten Kontakts (oder nächster
Nähe) an der oberen Platte macht die Klinge weniger
stabil
gegen eine Drehwirkung auf die Klinge. Es ist ein
starker magnetischer Zug von der oberen Platte, der eine
gute winkelmäßige Kontrolle über die Klinge bezüglich der
Führungsebene herstellt und beibehält.
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In der Praxis besitzt die Magnetstruktur hinter der
Führungsebene eine Ausnehmung von wenigen tausendstel
Zentimeter (beispielsweise 2,5-38 Tausendstel). Aus
praktischen Gründen wird bei realistischen
Herstellungstoleranzen üblicherweise eine "Zurücksetzung" von 7,5-20
Tausendstel beibehalten, um ein Vorstehen des
magnetischen Materials zu verhindern, das die Seite der Klinge
verkratzen könnte. Dies ist zumindest theoretisch möglich
bei tatsächlichem Kontakt des Messers mit der
Magnetstruktur.
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Wenn eine Klinge zu schmal ist oder ein Spalt zu breit
ist (wie oben beschrieben), ist es möglich, die Klinge
manuell nach unten zu drücken, bis die Facette auf das
Schleifmittel trifft. Jedoch muß man dann den Druck auf
die Klinge beibehalten, um das Messer zu schärfen.
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Somit hat man mit herkömmlichen Magnetstrukturen
Schwierigkeiten, wenn die Klingenbreite geringer ist als Größe
des Magnetspalts. Um wirksam Klingen mit kleiner Breite
zu halten, muß der Spalt klein sein. Wenn jedoch der
Spalt kleiner gemacht wird, wird die Stabilität breiter
und schwerer Klingen während des Schärfens vermindert.
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Die Stabilität einer Klinge wird gesteuert durch das
Drehmoment bzw. die Kraft, das bzw. die durch die
Magnetstruktur erzeugt wird. Bei einer einfachen Magnetstruktur
kann das Drehmoment dargestellt werden wie in Fig. 3, wo
D der Abstand zwischen den Platten 12 und 14 ist.
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Das Drehmoment auf eine vorgegebene Klinge 20 mit einer
Seite, die größer bzw. länger ist als der Abstand D, ist
einfach proportional zu dem Abstand D, multipliziert mit
der Flußstärke oder magnetischer Feldstärke (F) des
Magneten. Somit ist das Drehmoment kF D. Der Faktor k
ist abhängig von der magnetischen Permeabilität des
Klingenmetalls und der Dicke des gegebenenfalls
vorhandenen Luftraums zwischen der Seite der Klinge und den
effektiven Magnetpolen. Die Klinge kann in Kontakt mit
dem Magnet sein oder sie kann absichtlich etwa 0,0076-
0,038 cm (0,003-0,15 Zoll) davon weg gehalten werden.
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In Fig. 4 ist eine Geometrie gezeigt, für die ich
herausgefunden habe, daß sie wirksam ist, bei der die
Platte 14 durch eine gebogene Platte 22 ersetzt wird. Wie
darin gezeigt ist, umfaßt die Platte 22 einen Teil 24
parallel zu der Platte 12 und umfaßt einen nach unten
gebogenen Vorsprung oder eine Nase 26, um den gesamten oder
einen Teil des Flusses von dem Nordpol zu einem Punkt
näher zu der unteren Südpolplatte hin zu leiten. Diese
Struktur ist ideal für kleinere Messer, die eine
Klingenbreite im Bereich von D&sub2; und wesentlich geringer als D&sub1;
besitzen. Wenn die Klingenbreite D&sub1; oder größer ist,
erzeugt die Struktur von Fig. 3 ein größeres Drehmoment und
ein stabileres Messer während des Schärfens als die
Struktur der Fig. 4, und zwar unter der Annahme gleicher
Magnetgrößen in beiden Fällen und vorausgesetzt, daß a)
die obere ferromagnetische Platte 22 ausreichend dick
ist, um den gesamten Fluß zu dem Ende des Vorsprungs 26
zu leiten, und b) daß das Messer in engem Kontakt mit dem
Vorsprung 26 ist.
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Die Konstruktion von Fig. 4 gestattet die Verwendung
eines dicken magnetischen Materials, um verbesserten
magnetischen Fluß und Drehmoment für kleinere Messer
vorzusehen.
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Während die Magnetstrukturkonstruktion von Fig. 4 mit
einer Nase bei schmalen Klingen, wie bei Taschenmessern,
gut arbeitet, ist das Drehmoment auf breitere Klingen
geringer, als wenn die Nase nicht vorhanden wäre. Wenn die
Nase nicht vorhanden wäre, würden natürlich schmalere
Klingen entweder an der oberen oder an der unteren Platte
hängen und es würde kein "Herabziehen" gegen die
Diamantschleifpartikel geben.
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Entsprechend wird eine Magnetstruktur benötigt, die bei
schmalen oder breiten Messern ein vernünftiges Drehmoment
vorsieht.
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Was ich überraschend fand, war, daß, wenn eine obere
Platte mit einer Dicke verwendet wurde, die nicht
ausreichend war, um den gesamten Fluß zu der Spitze der Nase zu
leiten, es ein signifikantes Flußlecken am Knie der
oberen Platte zu breiteren Messern geben wird. Dies erhöht
das Drehmoment auf breitere Messer, ohne den Fluß und das
Drehmoment für Messer mit verminderter Breite ernsthaft
zu vermindern. Die Fig. 5-6 zeigen die vielen Faktoren,
die eine optimale Magnetstrukturkonstruktin gemäß dieser
Erfindung beeinflussen. Fig. 5-6 sind im Maßstab von 5:1
gezeichnet und zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung genau.
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In Bezug auf Fig. 6 ruht das Messer 28 auf einer
Führungsebene 30, die mit einem Abstand von 0,0178 cm (0,007
Zoll) von der Fläche 32 der Nase 26 der oberen
Metallplatte 22 gezeigt ist. Die Nase 26 ist parallel zu der
Seite des Messers gezeigt. Die Unterseite 34 der oberen
Platte 22 steht idealerweise in engem Kontakt mit der
Oberseite des Magneten 10, um den Magnetfluß in der
oberen Platte zu maximieren. In der Umgebung des Knies 36
der oberen Platte würde der Magnet idealerweise in engem
Kontakt mit der Metallplatte sein (Fig. 6 zeigt einen
Zwischenraum von 0,0127 cm (0,005 Zoll) aus
Konstruktionsgründen). Die untere Metallplatte 12 ist in den Fig.
5-6 ungefähr 0,0127 cm (0,005 Zoll) von der Messerseite
entfernt. Das Messer 28 könnte tatsächlich an der
Magnetstruktur anliegen, aber die Trennung bietet einige
Vorteile.
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Da die Dicke der oberen Platte 22 nicht ausreichend ist,
um den gesamten Magnetfluß von dem oberen Nordpol (der
willkürlich Nordpol genannt wurde) zu leiten, leckt
einiger Fluß der oberen Platte in der Umgebung des Knies 36
und entlang der Länge des Vorsprungs 26 aus zu dem Messer
28, das seinerseits den Fluß zu der unteren Platte 12
leitet. Bei der Magnetstärke eines tatsächlichen
Ausführungsbeispiels gestattete eine 0,079 cm (1/32 Zoll) dicke
Metallplatte genügend Leckage, um ein erhöhtes Drehmoment
auf größere Messer zu liefern. Eine Dicke der oberen
Platte von 0,159 cm (1/16 Zoll) würde im wesentlichen den
gesamten Fluß übertragen und es gäbe geringe Leckage am
Knie.
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Die Menge der Flußleckage am Knie 36 kann eingestellt
werden durch die Plattendicke, den Abstand des Knies zum
Messer, und die Trennung bzw. den Abstand zwischen der
Nase und der Messerseite. Es ist möglich, den relativen
Fluß einzustellen, der zum Ende der Nase und zu der
Messerseite läuft, und zwar einfach durch Einstellen der
Trennung bzw. des Abstandes der Messerseite und des Endes
der Nase. Ich habe in der Praxis herausgefunden, daß eine
Konstruktion der Nase parallel zu dem Messer und die
Einstellung der Metalldicke einen guten Kompromiß liefert,
um Messer sowohl mit breiten Klingen als auch mit
schmalen Klingen zu berücksichtigen.
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Ich habe herausgefunden, daß es wünschenswert ist, auch
einen Spalt 38 zwischen dem unteren Ende der Nase und dem
magnetischen Material zu besitzen. (Fig. 6 zeigt einen
Spalt von 0,051 cm (0,20 Zoll)). Ein solcher Spalt
vermindert das Kurzschließen von Fluß durch das
Magnetmaterial direkt zu der Nase 26. Es ist erwünscht, daß der
Hauptflußpfad durch die obere Metallplatte 2 geht, um die
Menge der Flußleckage an dem Knie und die Menge aus der
Nase einzustellen. Es ist auch erwünscht, daß der Abstand
zwischen dem Nasenende und dem Magnetmaterial größer ist
als der Abstand zwischen dem Nasenende und der Klinge 28,
um ein Kurzschließen von Fluß entlang der Nase und in das
Magnetmaterial anstatt durch die Klinge zu minimieren.
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Bei einem breiten Messer gibt es Flußleckage am Knie 36,
und zwar teilweise entlang der Seite der Nase und
teilweise am Ende der Nase. Diese Flußlinien erzeugen ein
Drehmoment auf die Klinge, wie es oben beschrieben wurde.
Bei einer schmaleren Klinge, beispielsweise gerade breit
genug, um den Spalt zwischen dem Ende der Nase und der
unteren Platte zu überspannen, wird Fluß hinunter zu der
Nase und zu der Klinge geleitet, was ein Drehmoment
erzeugt. Natürlich ist bei Verwendung der dünneren oberen
Metallplatte die Flußmenge, die ein schmaleres Messer
erreicht, geringer als der gesamte Fluß, der zu einem
größeren Messer geleitet wird. Infolgedessen sieht diese
einzigartige Magnetstruktur Mittel vor, die Flußmenge
abzumessen, die zu den Messern mit unterschiedlicher Breite
geleitet wird, und ein angemessenes Drehmoment für
praktisch alle herkömmlichen Messer vorzusehen.
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Eine körperliche Trennung zwischen der Klinge und der
Magnetstruktur minimiert das Verkratzen der Klinge und
gestattet eine bessere Kontrolle oder Steuerung des
Punktes, wo der Fluß konzentriert und zu der Klinge
geleitet wird. Idealerweise möchte man, daß der Fluß am
oberen Ende der Magnetstruktur zu der Klinge leckt, wenn
die Klinge größer ist als die Struktur, um das Drehmoment
zu maximieren. Wenn die Klingenbreite geringer ist als
die Magnetstruktur, möchte man, daß sich der magnetische
Fluß nahe dem oberen Ende der Klingenbreite konzentriert.
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Um die Leistung über einen Bereich von Klingenbreiten zu
optimieren, sollte der Abstand von dem Ende der Nase zu
der unteren Platte nicht viel kleiner sein als die
kleinste Klingenbreite, die berücksichtigt werden soll. Wenn
man diesen Abstand vermindert (normalerweise ungefähr
0,254 bis 0,38 cm (0,10 bis 0,15 Zoll)), wird das
Gesamtdrehmoment auf breitere Klingen merklich
vermindert, verglichen mit Strukturen mit einem größeren
Abstand zwischen dem Ende der Nase 26 und der unteren
Platte 12.
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Wie bei früheren Magnetkonstruktionen ist es erwünscht,
die Position der unteren Metallplatte bezüglich der
Schleifoberfläche einzustellen, so daß die Magnetkrafte
die Messerfacette gegen das Schleifmittel 40 auf einem
sich bewegenden Substrat 42 ziehen und die Messerfacette
während des Schärfens oder Schleifens gegen das
Schleifmittel 40 halten. Ich habe herausgefunden, daß eine
Trennung von ungefähr 0,089 cm (0,035 Zoll) ein
ausreichendes Herabziehen vorsieht bei allen getesteten
Messern.
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Wenn die Trennung der unteren Platte 12 von der
Metallplatte 42, auf der Schleifdiamanten 40 elektroplattiert
sind, geringer ist als ungefähr 0,089 cm (0,035 Zoll)
wird signifikanter Magnetfluß von der unteren
Metallplatte zu der Schleifmittelmetallplatte 42 geleitet. Dies
schafft eine verschlechterte Situation, in der die Spitze
der Messerklinge (wenn die Klinge in den Schärfschlitz
abgesenkt wird) zu der Metallplatte gezogen wird und die
unteren Teile der Klingenseite von der
Winkelführungsoberfläche weggezogen werden. Dies zerstört die
Genauigkeit der Winkelkontrolle oder -steuerung und steht in
starkem Gegensatz zur Schaffung von guten Scheiden oder
(Messer-) Kanten. Ich habe herausgefunden, daß bei
Trennungen von weniger als 0,038 cm (0,015 Zoll) dieser
Zustand bei gewissen Messern als ernsthaftes Problem
existierte.
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Wenn die untere Metallplatte 12 zu weit hinter der
Führungsebene 30 angeordnet ist, wird weniger Fluß durch die
Klinge 28 hindurchgehen, und die Anziehung (das Ziehen)
der Magnetkräfte, die die Klinge 28 gegen die
Führungsebene 30 halten, wird vermindert. Gleichzeitig wird die
Herunterziehkraft (die die Klinge 28 gegen die Diamanten
40 zieht) vermindert. Ich habe herausgefunden, daß die
optimale Position für die untere Metallplatte 12 ungefähr
0,089 cm (0,035 Zoll) von der Diamantfläche 40 der
Schleifoberfläche entfernt ist.