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Die vorliegende Erfindung hat einen
Zerkleinerer mit mehreren Messern für die Lebensmittelindustrie
zum Gegenstand.
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Die in der Lebensmittelindustrie
verwendeten Zerkleinerer sind im allgemeinen in Linien zur Herstellung
von Rekonstitutionsprodukten angeordnet. Sie ermöglichen insbesondere, verschiedene Produkte
zu zerkleinern, die in der Folge Nahrungsmittelzubereitungen zugeführt werden.
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Sie sind im allgemeinen aus einem
Fülltrichter
und einer Hülse
gebildet, in welcher sich eine koaxiale Schnecke dreht. Das hintere
Ende der Hülse ist
mit einem Gitter versperrt, dessen Durchgangslöcher mit ihrem Durchmesser
die Feinheit der Zerkleinerung bestimmen, und das Ende der Schnecke
ist mit einem Messer versehen, das ermöglicht, das Produkt vor seinem
Durchgang durch das Gitter zu scheren.
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Dieses einteilig hergestellte Messer
umfaßt im
allgemeinen mehrere radial angeordnete Zweige, die so bearbeitet
sind, daß sie
Klingen bilden.
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Die Schneide dieser Klingen nutzt
sich sehr schnell ab, so daß es
notwendig ist, den Zerkleinerer regelmäßig anzuhalten, um das Messer
abzubauen und die Klingen zu schärfen.
Dieses Schärfen,
das eine bestimmte Zeit erfordert, kann an ein und demselben Messer
nicht unendlich oft ausgeführt
werden, denn bei jedem Bearbeitungsvorgang wird Material entfernt.
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Um den Stillstand der Maschine einzuschränken, besteht
eine Lösung
darin, für
jeden Zerkleinerer ein Paar von Messern vorzusehen. Auf diese Weise
wird das installierte Messer, sobald es nicht mehr schneidet, durch
das zweite ersetzt. Selbst wenn diese Lösung die Stillstandszeit einschränkt, so erlaubt
sie jedoch nicht, die Abnutzung der Messer zu verlangsamen, die
unvermeidbar ausgewechselt werden müssen. Diese schnelle Abnutzung
der Messer, die einen verhältnismäßig hohen
Selbstkostenpreis haben, erhöht
die Wartungskosten der Zerkleinerer beträchtlich.
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Außerdem beeinflußt die schnelle
Abnutzung der Messer auch die Durchsatzleistung des Zerkleinerers,
denn es tritt in der Tendenz die Erscheinung eines Rückstaus
auf, wenn wie Klingen schlecht geschärft sind.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf
ab, diese Nachteile zu beheben, indem sie einen Zerkleinerer schafft,
der ein Gegengitter, dessen Formen den Zerkleinerungsvorgang erleichtern,
und Messer umfaßt,
die abnehmbar oder dauernd auf einem Messerträger angeordnet sind, wobei
ihre geometrischen Formen und ihre Anordnungen ermöglichen,
ihre Abnutzung zu verlangsamen. Dieser Zerkleinerer ermöglicht,
insbesondere durch die Verbesserung der zeitlich begrenzten Widerstandsfähigkeit
der Schneide, die Wartungskosten zu senken und den Durchsatz an
zerkleinerten Produkten zu erhöhen.
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Dazu hat die vorliegende Erfindung
einen Zerkleinerer mit mehreren Messern zum Gegenstand, der insbesondere
in der Lebensmittelindustrie verwendet wird und mit Materialbeschickungsmitteln versehen
ist, die in Strömungsrichtung
des Materials ein Gegengitter, das mit wenigstens einer Öffnung versehen
ist, einen Messerträger,
der mit wenigstens einem Messer versehen ist, und ein Gitter umfassen, dadurch
gekennzeichnet, daß das
Messer wenigstens eine Kante mit welliger Form aufweist.
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Vorzugsweise umfaßt jedes Messer zwei Schneidkanten,
eine erste in der Nähe
des Gitters und eine zweite in der Nähe des Gegengitters, die eine
wellige Form haben, wobei der Radius an einem betrachteten Punkt
der Kante zu dem Abstand, der den betrachteten Punkt von der Drehachse
des Messerträgers
trennt, proportional ist.
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Gemäß einer Ausführungsform
umfaßt
das Messer eine Schneidfläche,
die in Querrichtung eine geradlinige Form hat.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
umfaßt
das Messer eine Schneidfläche,
die mit Fragmentierungsmitteln versehen ist, die durch eine in Querrichtung
gekrümmte
doppelte Form verwirklicht sind, wovon die erste an die erste Kante
anschließt und
die zweite an die zweite Kante anschließt.
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Vorteilhaft umfaßt die aus dem Gegengitter und
dem Messerträger
gebildete Gesamtheit Mittel zur Verlagerung des Schneidangriffs
jedes Messers.
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Vorzugsweise hat jedes Messer ein
Zahnprofil, das von einem Messer zum nächsten wechselt.
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Vorzugsweise sind die Messer am Messerträger lösbar angebracht.
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Gemäß einem weiteren besonderen
Merkmal umfaßt
die Umfangsfläche
der Öffnungen
des Gegengitters wenigstens eine Kante, die im wesentlichen senkrecht
zur Oberfläche
des Gegengitters vorsteht.
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Weitere Merkmale und Vorteile werden
aus der folgenden Beschreibung der Vorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
hervorgehen, wobei die Beschreibung lediglich als Beispiel gegeben
ist und sich auf die beigefügte
Zeichnung bezieht, worin
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1 ein
Planschnitt eines Zerkleinerers ist;
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2 ein
Aufriß des
Messerträgers
und des Gegengitters ist;
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3A eine
Perspektivansicht eines ersten Beispiels für das Profil des Messers ist;
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3B ein
Querschnitt des in 3A veranschaulichten
Messers ist;
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4A eine
Perspektivansicht eines zweiten Beispiels für das Profil des Messers ist;
und
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4B ein
Querschnitt des in 4A veranschaulichten
Messers ist.
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In 1 ist
ein Planschnitt eines Zerkleinerers 10 gezeigt, der in
herkömmlicher
Weise einen Fülltrichter 12,
eine Hülse 14 und
eine Schnecke 16 umfaßt,
die an ihrem ersten Ende von einem Motor 18 angetrieben
wird und an ihrem zweiten Ende mit einer Welle 20 versehen
ist. Das hintere Ende der Hülse 14 ist
mit einem Gitter 22 versperrt, das Durchgangslöcher 24,
deren Durchmesser die Feinheit der Zerkleinerung bestimmt, und eine
Bohrung 26 koaxial zur Achse 27 der Hülse aufweist.
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Erfindungsgemäß sind zwischen der Schnecke 16 und
dem Gitter 22 von vorn nach hinten ein Gegengitter 28,
dessen Umriß demjenigen
des Gitters 22 ähnlich
ist, und ein Messerträger 30 angeordnet.
Dieses Gegengitter 28, das eine koaxiale Bohrung 32 enthält, deren
Durchmesser geringfügig
größer als
jener der Welle 20 ist, liegt an einer Schulter 34 der
Bohrung der Hülse 14 an.
Es ist wie das Gitter 22 durch Mittel 36 zum Stoppen
einer Drehbewegung, beispielsweise eine Aussparung 37 auf
seinem äußeren Umfang
(in 2 sichtbar), in
welcher ein mit der Hülse 14 fest
verbundener Vorsprung aufgenommen wird, nicht drehbar.
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Der Messerträger 30 wird durch
Antriebsmittel 38 von der Schnecke 16 zu einer
Drehbewegung angetrieben und umfaßt Führungsmittel, die als Zapfen 40,
der in der Bohrung 26 des Gitters untergebracht ist, und
als eine koaxiale Bohrung 42, deren Durchmesser geringfügig größer als
jener der Welle 20 der Schnecke ist, verwirklicht sind.
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Diese Antriebsmittel 38 sind
durch paarige Formen des Endes der Schnecke 16, das zwei
Anflachungen umfaßt,
und der Bohrung 42 des Messerträgers 30, die in 2 zu sehen ist, verwirklicht.
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Eine in das Ende der Hülse 14 geschraubte Mutter 43 ermöglicht,
von vorn nach hinten das Gegengitter 28, den Messerträger 30 und
das Gitter 22 gegen ein Verschieben zu verriegeln.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die
durch 2 veranschaulicht
ist, umfaßt
das zylinderförmige
Gegengitter 28 eine gerade Anzahl von Öffnungen, die symmetrisch auf
seiner Oberfläche angeordnet
sind, beispielsweise sechs mit 44 bis 49 bezeichnete Öffnungen,
die gleichmäßig verteilt
sind, deren gekräuselte
Ränder
mit vorspringenden Formen die Produkte vorschneiden.
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Der Umfangsrand der Öffnungen 44 bis 49 umfaßt über der
gesamten Dicke vorstehende Kanten 50 im wesentlichen parallel
zur Achse 27 der Hülse,
die das Vorschneiden erleichtern.
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Vorzugsweise ist das Gegengitter 28 aus
gehärtetem
Stahl hergestellt und einer Oberflächenbehandlung, beispielsweise
einer Nitrierhärtung
unterzogen, um ihm bessere mechanische Eigenschaften zu verleihen.
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In 2 ist
außerdem
eine bevorzugte Ausführungsform
des Messerträgers 30 gemäß der Erfindung
gezeigt.
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Er umfaßt fünf radial angeordnete Zweige 51, 53, 55, 57, 59,
auf denen die Messer 52, 54, 56, 58, 60 lösbar angebracht
sind.
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Diese lösbaren Messer sind auf einer
der Flächen
der Zweige, senkrecht zur Ebene der Drehung des Messerträgers, mit
Hilfe von Befestigungsmitteln 62, beispielsweise zwei Schrauben,
die in Aufnahmesitze 64 jedes Zweigs versenkt sind, wie auf
dem Zweig 51 veranschaulicht ist, befestigt.
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Gemäß einer weiteren, nicht gezeigten
Ausführungsform
können
der Messerträger 30 und
die Messer 52, 64, 56, 58, 60 einteilig
hergestellt sein, wobei die Messer die gleichen besonderen Merkmale wie
die lösbaren
Messer aufweisen.
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Diese Messer 52, 54, 56, 58, 60 haben
Zahnprofile 66, die an verschiedene Produkttypen angepaßt sind
und ein besseres Zerkleinern bei einem höheren Durchsatz und einer verlangsamten
Abnutzung ermöglichen.
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Um das Zerkleinern zu verbessern
und die Schwingungen einzuschränken,
umfaßt
die aus dem Gegengitter 28 und dem Messerträger 30 gebildete Gesamtheit
Mittel 67 zur Verlagerung des Schneidangriffs der Messer,
und das Profil 66 ist von einem Zweig zum nächsten versetzt.
Die Verlagerungsmittel 67 können verwirklicht werden, indem
eine Anzahl von Zweigen des Messerträgers 30 gewählt wird,
die von der Anzahl der Öffnungen
des Gegengitters 28 verschieden ist, und/oder indem ein
unterschiedlicher Winkelanstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Messern und/oder zwei aufeinanderfolgenden Öffnungen des Gegen gitters vorgesehen
wird. Folglich wird mit einer derartigen Anordnung der Schnittangriff
jedes Messers verlagert, und die Schnittkräfte sind besser verteilt.
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Außerdem variieren diese Profile 66,
die eine im wesentlichen gewellte Form haben, die die Scherkräfte verringert,
insbesondere in Abhängigkeit
von der Härte
des zu zerkleinernden Produkts.
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Ein erstes Beispiel für das Profil 66,
das für extrem
harte Materialien vorgesehen ist, beispielsweise für tiefgefrorene
Produkte, wird von den 3A und 3B veranschaulicht.
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Jedes Messer, das im wesentlichen
die Form eines Parallelepipeds hat, umfaßt eine Anlagefläche 68,
die gegen den Zweig gepreßt
ist, eine Schneidfläche 70,
eine erste Schneidkante 72 in unmittelbarer Nähe des Gitters 22 und
eine zweite Schneidkante 74 in unmittelbarer Nähe des Gegengitters 28.
Diesen Schneidkanten sind jeweils eine ersten Hauptfreifläche 76,
die in Richtung des Gitters 22 orientiert ist, eine zweite
Hauptfreifläche 78,
die in Richtung des Gegengitters 28 orientiert ist, sowie
eine den beiden Schneidkanten gemeinsame Nebenfreifläche 80, die
nach außen
orientiert ist, zugeordnet.
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Jede Schneidkante hat eine wellige
Form, deren Krümmungsradius
an einem betrachteten Punkt proportional zu dem Abstand ist, der
den Punkt von der Drehachse 27 des Messerträgers (mittels Strichpunktlinie
dargestellt) trennt. Somit ist in 3A der
Krümmungsradius R2 kleiner als R1 ,
wobei R2 näher als R1 an
der Drehachse 27 ist.
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Vorzugsweise haben die erste und
die zweite Schneidkante die gleiche wellige Form.
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Um die kennzeichnenden Winkel des
Messers zu definieren, sollten vorher die Bezugsebene Pr,
die Schneidkantenebene Ps und die Arbeitsebene Pf bestimmt
werden.
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In einem betrachteten Punkt A der
ersten Schneidkante 72 ist die Ebene Pr die parallel
zu der Anlagefläche 68 durch
den Punkt A verlaufende Ebene, die Ebene Ps ist
die zu Pr senkrechte durch den Punkt A verlaufende Ebene,
und die Ebene Pf ist in diesem Fall die zu Pr und Ps senkrecht
verlaufende Ebene.
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Folglich ist für die erste Schneidkante 72 der Schnittwinkel γ1 der
Winkel, der die Bezugsebene Pr von der Schneidfläche 70 trennt,
der Winkel β1 ist der Winkel, der die Scheidfläche 70 von
der ersten Hauptfreifläche 76 trennt,
der Hauptfreiflächenwinkel α1 ist
der Winkel, der die erste Hauptfreifläche 76 von der Schneidkantenebene Ps trennt,
der Neigungswinkel der Schneidkante λ1 ist
der Winkel, der die mittlere Richtung der Scheidkante 72 von
der Ebene Pr trennt und der Nebenfreiflächenwinkel α1 ist
der Winkel, der die Nebenfreifläche 80 von
einer zur Arbeitsebene Pf parallelen Ebene trennt.
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Für
die zweite Schneidkante 74 sind die Winkel in gleicher
Weise definiert, wobei der Index 1 der Winkel durch den Index 2
zu ersetzen ist, mit λ2 gleich λ1 und α'2 gleich α'1.
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Für
harte Materialien ist die Scheidfläche 70 aus der Gesamtheit
der Geraden, die sich in einer Ebene Pf befinden und die
erste Schneidkante 72 mit der zweiten Schneidkante 74 verbinden,
verwirklicht.
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Vorzugsweise ist für die erste
Schneidkante 72 der Hauptfreiflächenwinkel α1 zwischen
1° und 8° enthalten,
wobei er vorzugsweise 3° beträgt, der Schneidwinkel γ1 ist
zwischen 0° und
35° enthalten, der
Neigungswinkel der Schneidkante λ1 beträgt
ungefähr
2° und der
Nebenfreiflächenwinkel α'1 beträgt ungefähr 5°.
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Für
die zweite Schneidkante 74 haben die Winkel α2, β2, γ2, λ2 und α'2 Werte,
die im wesentlichen α1, β1, γ1, λ1 und α'1 gleich
sind.
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Ein weiteres Profil des Messers,
das für
weiche Materialien verwendet wird, ist in den 4A und 4B gezeigt.
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In diesem Fall wird die Schneidfläche 70 nicht
wie zuvor von Geraden gebildet. Sie wird von einer ersten Gesamtheit
von Kurven 84 gebildet, die durch einen Punkt A,
der sich auf der ersten Schneidkante 72 befindet, und einen
Punkt C verlaufen, wobei sie eine Kurve ähnlich der
ersten Schneidkante 72 beschreibt und parallel zu dieser
ist und sich ungefähr
in der Mitte der Schneidfläche 70 befindet,
und von einer zweiten Gesamtheit von Kurven 86, die durch
einen Punkt B, der sich auf der zweiten Schneidkante 74 befindet,
und den Punkt C verlaufen. Die Kurven 84 und 86 sind
durch ihren Krümmungsradius
und durch den Abstand e, der den Punkt C von der Geraden
(AB) trennt, gekennzeichnet.
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Diese gekrümmte Form der Schneidfläche 70 bildet
Fragmentierungsmittel 88 und ermöglicht im Fall von weichen
Materialien, diese zu fragmentieren, um die Reibung und folglich
die Abnutzung zu verringern.
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Folglich ist der Abstand e umgekehrt
proportional zur Härte
des zerkleinerten Materials, wobei sein Wert für weiche Materialien zunimmt.
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Im Extremfall, für harte Materialien vom Typ Gefriergut,
ist der Abstand e null, die Krümmungsradien
sind unendlich, so daß dann
wieder die Form des von den 3A und 3B veranschaulichten Messers
anzutreffen ist.
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Die übrigen kennzeichnenden Winkel
dieses Messerprofils haben Werte, die jenen der kennzeichnenden
Winkel des von den 3A und 3B veranschaulichten Messerprofils
völlig
gleich sind.
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In allen Fällen sind die Messer wie das
Gegengitter 26 aus gehärtetem
Stahl hergestellt und einer Oberflächenbehandlung, beispielsweise
einer Nitrierhärtung,
unterzogen worden, die ihnen bessere mechanische Eigenschaften verleiht.
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Der Zerkleinerer der Erfindung ist
selbstverständlich
nicht auf die dargestellten und weiter obenbeschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern deckt alle Varianten, insbesondere hinsichtlich der Anzahl
und der Formen der Öffnungen 44 des Gegengitters 26,
der Anzahl der Zweige und der Formen des Messerträgers 28 sowie
der Formen der Messer ab, wobei das Gegengitter 26 und
der Messerträger 28 an
alle Größen von
Zerkleinerern angepaßt
werden können.