EP0897330B1 - Keramische klinge - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
- B26B—HAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B26B9/00—Blades for hand knives
Definitions
- the invention relates to a ceramic blade of a cutting tool, especially a knife, according to the preamble of Claim 1 (see US-A-5 077 901).
- blades of a cutting tool in particular of a knife, almost exclusively steel blades available. They have a cutting edge that is in two side faces passes, and have opposite to the cutting edge an upper edge. Furthermore, fasteners are usually in Form of tabs or the like with which the Attachment to a handle or handle is possible. In case of Pocket knives a hole is provided, which from a in Handle anchored peg is interspersed so that the blade is designed foldable.
- the upper edge of the blade is designed as a flat surface and kept relatively wide, so over the index finger or through Laying on the palm of the user exerted force from above and pressed the cutting edge into the material to be cut and / or can be pulled through. Towards the side surfaces the transition is sharp-edged.
- Cutting tools are now also occasionally on the market available in the form of knives, the blades of which are made of a ceramic Material. Compared to the one described at the beginning Steel blades have the advantage of a higher one Wear resistance, which results in a much higher Lifespan is reflected. Regrinding or resharpening is not necessary for normal use.
- These ceramic blades differ in their geometric design not of conventional steel blades, whose shape has been kept unchanged.
- US-A-3 035 344 publishes a knife blade made of plastic, aluminum or steel with a rounded top edge.
- the invention was therefore based on the object, a ceramic To further develop the blade of the type mentioned at the beginning that it no longer has the disadvantages described. In particular, it should be ensured that they are largely is insensitive to bending stress and therefore an early failure due to bending fracture largely is avoided.
- the invention is based on the idea of the top edge of the blade to be rounded off to the side surfaces. Contrary to that usually usual approach, due to the risk of bending It was shown to decrease the thickness of the blade surprisingly, that already comparatively small radii are sufficient to avoid the risk of bending at a constant thickness significantly reduce.
- the effect should be in are essentially based on the fact that when the blade is sintered, tensions, which is unavoidable in the previous sharp-edged version are can be significantly reduced. This Tensions are responsible for the bending stresses found cracks.
- a further improvement in the mechanical properties results provided the blade is injection molded is.
- This method ideally allows one homogeneous structure structure, even with more complex shapes and when the cross section varies, for example in Area of the top that can be adhered to. It can also Shaping the green body with such precision, that post-processing after sintering is not more is needed. This applies in particular to the Cutting edge that needs no further treatment. Specifically this aspect is of great importance as it is known for ceramic materials to break out individual structural grains can come during processing. Furthermore, at of finishing cracks in the grain are induced which the Significantly increase notch sensitivity.
- Oxide ceramics for example aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or zirconium oxide (ZrO 2 ), are used in particular as ceramics.
- Aluminum oxide in particular with a high degree of purity (for example higher than 95%), results in a particularly high wear resistance.
- Zirconium oxide on the other hand, is less wear-resistant, but gives the blade a very high degree of elasticity.
- a mixture of aluminum oxide and zirconium oxide that combines both properties has proven to be optimal.
- the blade 1 has a cutting edge 10 which is the lower one Intersection of two opposite side surfaces 14, 16 represents.
- the Side surfaces 14, 16 essentially parallel upwards and each go into one of the two side surfaces 14, 16 interconnecting upper edge 12 over.
- the contour course A largely corresponds to the previous appearance such blades with the difference that at the transition from the upper edge 12 to the respective side surfaces 14, 16 a radius 18 is formed.
- the radius here is very chosen small, so that the upper edge 12 is still largely even (and horizontal in the illustrated embodiment gradient) is designed.
- the contour course B has the shape of a semi-ellipse, whereby the large semiaxis, the two side surfaces 14, 16 at right angles cuts.
- the contour course D is also a semi-ellipse, whereby however, in contrast to the contour course B, the small semi-axis intersects the two side surfaces 14, 16 at right angles.
- the contour course C is a semicircle and represents on the mechanical properties on the one hand and the handling on the other hand, an optimal compromise by the user represents.
- the contour of the semicircle C represents the maximum possible Radius represents that can be realized. Starting from one The transition to the vertex of the Top edge 12 and the subsequent return area to opposite side surface with constant curvature, so that the stresses occurring during the sintering process ideally distribute evenly.
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Description
Die Erfindung betrifft eine keramische Klinge eines Schneidwerkzeugs,
insbesondere eines Messers, gemäß Oberbegriff des
Anspruchs 1 (vgl. US-A-5 077 901).
Bislang sind als Klingen eines Schneidwerkzeugs, insbesondere
eines Messers, fast ausschließlich Klingen aus Stahl erhältlich.
Sie weisen eine Schneide auf, die in zwei Seitenflächen
übergeht, und besitzen gegenüberliegend zur Schneide verlaufend
eine Oberkante. Ferner sind meist Befestigungsmittel in
Form von Laschen oder dergleichen vorhanden, mit denen die
Befestigung an einem Griff oder Heft möglich ist. Im Falle von
Taschenmessern ist eine Bohrung vorgesehen, die von einem im
Heft verankerten Lagebolzen durchsetzt ist, so daß die Klinge
einklappbar gestaltet ist.
Die Oberkante der Klinge ist als ebene Fläche ausgebildet und
relativ breit gehalten, damit über den Zeigefinger bzw. durch
Auflegen der Handfläche des Benutzers von oben Kraft ausgeübt
und die Schneide in das zu schneidende Gut eingedrückt
und/oder hindurchgezogen werden kann. Zu den Seitenflächen hin
ist der Übergang scharfkantig ausgeführt.
Vereinzelt sind mittlerweile im Handel auch Schneidwerkzeuge
in Form von Messern erhältlich, deren Klingen aus einem keramischen
Werkstoff bestehen. Gegenüber den eingangs beschriebenen
Stahlklingen besitzen diese den Vorteil einer höheren
Verschleißfestigkeit, die sich in einer wesentlich höheren
Lebensdauer niederschlägt. Ein Nachschleifen oder Nachschärfen
ist bei normaler Beanspruchung nicht erforderlich.
Diese keramischen Klingen unterscheiden hinsichtlich ihrer
geometrischen Gestaltung nicht von herkömmlichen Stahlklingen,
deren Form unverändert beibehalten wurde.
Obwohl keramische Klingen eine hervorragende Alternative zu
den bislang verwendeten Stahlklingen darstellen, zeigen sich
im täglichen Gebrauch eine Reihe von Nachteilen, die bislang
eine weitergehende Akzeptanz verhindert haben. So hat es sich
gezeigt, daß derartige Klingen sehr stark bruchgefährdet sind,
sobald sie einer Biegebeanspruchung ausgesetzt sind. Speziell
bei sehr harten Keramikwerkstoffen, wie beispielsweise Aluminiumoxid,
führt dies in der Regel zu einem vorzeitigen Erreichen
des Lebensdauerendes, da sich Biegebeanspruchungen
beim täglichen Gebrauch kaum vermeiden lassen. Das Lebensdauerende
wird deshalb häufig vorzeitig durch eine unbeabsichtigte
Biegebeanspruchung erreicht, obwohl die für die Trennfunktion
maßgebliche Schneide noch voll funktionsfähig ist.
US-A-3 035 344 veröffentlicht eine Messerklinge aus Kunststoff, Aluminium oder Stahl mit abgerundeter Oberkannte.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine keramische
Klinge der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln,
daß sie die geschilderten Nachteile nicht mehr aufweist.
Insbesondere sollte sichergestellt sein, daß sie weitgehend
unempfindlich gegenüber Biegebeanspruchungen ist und
somit ein vorzeitiger Ausfall infolge Biegebruchs weitgehend
vermieden wird.
Das Problem wird mit einer Klinge gelöst, die die Merkmale des
Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der
Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Die Erfindung basiert auf der Idee, die Oberkante der Klinge
zu den Seitenflächen hin abgerundet auszuführen. Entgegen dem
normalerweise üblichen Ansatz, die Biegebruchgefahr durch
Erhöhung der Dicke der Klinge zu vermindern, zeigte es sich
überraschenderweise, daß bereits vergleichsweise kleine Radien
ausreichend sind, um bei gleichbleibender Dicke die Biegebruchgefahr
erheblich zu reduzieren. Der Effekt dürfte im
wesentlichen darauf beruhen, daß beim Sintern der Klinge Spannungen,
die bei der bisherigen scharfkantigen Ausführung unvermeidbar
sind, erheblich reduziert werden können. Diese
Spannungen sind verantwortlich für die bei Biegebeanspruchungen
festgestellten Rißbildungen.
Gleichzeitig ist die Kantenbruchfestigkeit der Klinge deutlich
erhöht. So traten bei den bisher verwendeten keramischen Klingen
sehr rasch Brüche am Übergang von der Seitenfläche zur
Oberkante auf, insbesondere beim Anschlagen der Klinge an
harten Gegenstände. Diese Problematik tritt bei Klingen mit
abgerundeten Oberkante praktisch nicht mehr auf, so daß sie im
täglichen Gebrauch erheblich weniger beschädigungsgefährdet
sind.
Als zusätzlicher Vorteil der abgerundeten Oberkanten stellte
sich heraus, daß auch die Beschädigungsgefahr von Besteckteilen,
die mit keramischen Klingen in Berührung kommen, erheblich
reduziert wird. Diese Situation ist insbesondere dann
relevant, wenn Schneidwerkzeuge mit keramischen Klingen zusammen
mit herkömmlichen Besteckteilen in einer Geschirrspülmaschine
gereinigt werden. Der umlaufende Spül- und Reinigungsstrahl
setzt die im Besteckkorb befindlichen Besteckteile
in Bewegung, so daß diese ständig miteinander in Kontakt
geraten. Wegen der im Vergleich zu anderen Materialien, die
üblicherweise für Besteckteile verwendet werden, erheblich
höheren Härte ist das Beschädigungsrisiko durch scharfe Kanten
besonders hoch. Auch hier zeigen die mit abgerundeten Kanten
gestalteten keramischen Klingen gemäß der Erfindung weitere
Vorteile.
Eine spürbare Verbesserung des Biegebruchverhaltens stellt
sich bereits dann ein, wenn der Übergang von der Oberkante zu
den Seitenflächen mit einem verhältnismäßig kleinen Radius
versehen ist. Damit kann das bisherige Aussehen der Klinge
weitgehend beibehalten werden, da deren Oberkante weiterhin
eben ausgeführt sein kann. Lediglich unmittelbar am Übergangsbereich
zu den Seitenflächen sind kleine Radien vorgesehen.
Damit steht weiterhin eine große Angriffsfläche zur Verfügung,
um - wie eingangs beschrieben - mit dem Zeigefinger oder der
Hand von oben Kraft auszuüben.
Konkret stellt sich die Verbesserung der Bruchfestigkeit bereits
bei Radien ein, die größer als 0,3 bis 0,5 mm sind. Bei
üblichen Klingenbreiten von 1,5 bis 4,5 mm verbleibt damit
noch ein großer, eben verlaufender Abschnitt im Bereich der
Oberkante.
Als optimal im Sinne vorstehender mechanischer Eigenschaften
haben sich jedoch Gestaltungen der Oberkante in Form von Halbellipsen
oder Halbkreisen ergeben. Dies bedeutet, daß die
Oberkante durchgehend gekrümmt zwischen den beiden Seitenfläche
der Klinge verläuft. Die hervorragenden mechanischen
Eigenschaften beruhen vermutlich auf der fast ideal gleichverteilten
Spannung während des Sintervorgangs.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ergibt
sich, sofern die Klinge im Spritzgießverfahren hergestellt
ist. Dieses Verfahren erlaubt in idealer Weise einen
homogenen Aufbau der Struktur, die auch bei komplexerer Formgebung
und bei Variation des Querschnitts, beispielsweise im
Bereich der Spitze, eingehalten werden kann. Auch kann die
Formgebung des Grünlings mit einer derartigen Präzision erfolgen,
daß im Anschluß an das Sintern eine Nachbearbeitung nicht
mehr erforderlich ist. Dies betrifft insbesondere auch die
Schneide, die keiner weiteren Behandlung mehr bedarf. Speziell
dieser Aspekt ist von großer Bedeutung, da es bekanntermaßen
bei keramischen Werkstoffen zum Ausbrechen einzelner Gefügekörner
bei der Bearbeitung kommen kann. Weiterhin können bei
der Endbearbeitung Risse im Korn induziert werden, die die
Kerbempfindlichkeit erheblich erhöhen.
Als Keramiken werden insbesondere Oxidkeramiken, beispielsweise
Aluminiumoxid (Al2O3) oder Zirkonoxid (ZrO2) verwendet.
Aluminiumoxid, insbesondere mit hohem Reinheitsgrad (beispielsweise
höher als 95 %) ergeben eine besondere hohe Verschleißfestigkeit.
Zirkonoxid hingegen ist weniger Verschleißfest,
verleiht der Klinge jedoch eine sehr hohe Elastizität.
Als optimal hat sich deshalb ein Gemisch aus Aluminiumoxid und
Zirkonoxid bewährt, das beide Eigenschaften miteinander verbindet.
Die Erfindung wird nachstehend näher anhand des in der Figur
dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige
Figur zeigt die erfindungsgemäße keramische Klinge im Querschnitt
mit unterschiedlich gestalteten Konturen der Oberkante.
Die Klinge 1 weist eine Schneide 10 auf, die den unteren
Schnittpunkt zweier gegenüberliegender Seitenflächen 14, 16
darstellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die
Seitenflächen 14, 16 nach oben hin im wesentlichen parallel
und gehen jeweils in eine die beiden Seitenflächen 14, 16
miteinander verbindende Oberkante 12 über.
In der Figur sind vier verschiedene Varianten (Konturverläufe
A, B, C, D) dargestellt.
Der Konturverlauf A entspricht weitgehend dem bisherigen Aussehen
derartiger Klingen mit dem Unterschied, daß beim Übergang
von der Oberkante 12 zu den jeweiligen Seitenflächen 14,
16 ein Radius 18 angeformt ist. Der Radius ist hierbei sehr
klein gewählt, so daß die Oberkante 12 nach wie vor weitgehend
eben (und im dargestellten Ausführungsbeispiel horizontal
verlaufend) gestaltet ist.
Der Konturverlauf B besitzt die Form einer Halbellipse, wobei
die große Halbachse die beiden Seitenflächen 14, 16 rechtwinklig
schneidet.
Der Konturverlauf D ist ebenfalls eine Halbellipse, wobei
jedoch im Unterschied zum Konturverlauf B die kleine Halbachse
die beiden Seitenfläche 14, 16 rechtwinklig schneidet.
Der Konturverlauf C ist ein Halbkreis und stellt im Hinblick
auf die mechanischen Eigenschaften einerseits und die Handhabung
durch den Benutzer andererseits einen optimalen Kompromiß
dar. Die Kontur des Halbkreises C stellt den maximal möglichen
Radius dar, der sich realisieren läßt. Ausgehend von der einen
Seitenfläche erfolgt der Übergang zum Scheitelpunkt der
Oberkante 12 und der sich anschließende Rückkehrbereich zur
gegenüberliegenden Seitenfläche mit konstanter Krümmung, so
daß sich die während des Sintervorgangs auftretenden Spannungen
ideal gleichmäßig verteilen.
Claims (7)
- Keramische Klinge eines Schneidwerkzeugs, insbesondere eines Messers, mit einer Schneide (1), die in zwei Seitenflächen übergeht, und einer gegenüberliegend zur Schneide verlaufenden Oberkante, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (12) zu den Seitenflächen (14, 16) hin abgerundet ist.
- Klinge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (12) vorzugsweise zu beiden Seiten unter Bildung eines Radius (18) in die Seitenflächen (14, 16) der Klinge (1) übergeht.
- Klinge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (18) größer als 0,3 mm, vorzugsweise größer als 0,5 mm, ist.
- Klinge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (12) im Querschnitt die Form einer Halbellipse (B; D) besitzt.
- Klinge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (12) im Querschnitt die Form eines Halbkreises (C) besitzt.
- Klinge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Spritzgießverfahren hergestellt ist.
- Klinge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik eine Oxidkeramik, vorzugsweise Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder ein Gemisch hiervon ist.
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