EP1985726A1 - Schneidwerkzeug mit einer Hartstoff verstärkten Schneidkante - Google Patents

Schneidwerkzeug mit einer Hartstoff verstärkten Schneidkante Download PDF

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EP1985726A1
EP1985726A1 EP07008655A EP07008655A EP1985726A1 EP 1985726 A1 EP1985726 A1 EP 1985726A1 EP 07008655 A EP07008655 A EP 07008655A EP 07008655 A EP07008655 A EP 07008655A EP 1985726 A1 EP1985726 A1 EP 1985726A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting tool
base body
cutting
cutting edge
hard material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07008655A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Bühlmaier
Wolfgang Friz
Heinz Kaupp
Alexander Keifer
Martin Neumayer
Theda Staudinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WMF GmbH
Original Assignee
WMF GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WMF GmbH filed Critical WMF GmbH
Priority to EP07008655A priority Critical patent/EP1985726A1/de
Publication of EP1985726A1 publication Critical patent/EP1985726A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26B—HAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B26B23/00—Axes; Hatchets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26B—HAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B26B3/00—Hand knives with fixed blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26B—HAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B26B3/00—Hand knives with fixed blades
    • B26B3/03—Hand knives with fixed blades specially adapted for cutting-off slices one by one
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B26D2001/002—Materials or surface treatments therefor, e.g. composite materials

Definitions

  • the present invention relates to a cutting tool, in particular a peeler, in which the surface of the base body is reinforced in the region of the cutting edge with at least one hard material layer. This allows the production of cutting tools with permanent, high sharpness.
  • Conventional blades are characterized by a compromise between the cutting ability (sharpness) and the cutting edge (durability of the sharpness).
  • the cutting ability is generated by the wedge angle and the radius of curvature of the cutting edge. The smaller these are, the sharper the knife is, however, the cutting edge decreases, ie the initial sharpness of the blade decreases rapidly in conventional materials in use.
  • blade steel e.g. steels produced by the damascene method (folded in several layers) or by using higher quality steel alloys, e.g. For steels with higher carbon content, both the cutting ability and the cutting ability can be improved. However, the degradation of the cutting edge still takes place and regrinding is still necessary from time to time.
  • a cutting tool having a cutting edge formed in a synthetic diamond layer for use as a medical scalpel.
  • a support preferably based on silicon
  • the substrate is partially etched away to expose the diamond layer and, at the diamond layer, again by chemical means, a cutting edge is formed by etching.
  • the blades of scalpels are relatively short, must be very thin, so that clean cuts are achieved and are therefore already handled by the user very carefully, for example, not subjected to bending, which is not necessary for the intended use of a scalpel.
  • the DE 31 08 954 C2 describes a knife for industrial use, in particular a knife for cutting sheet material, such as paper.
  • diamond plates ie polycrystalline Diamonds, used. Due to the small size of these diamonds and to achieve better interchangeability of damaged parts of the cutting edge, the cutting edge is constructed of a plurality of segments.
  • the diamond plates are attached to a carbide holder.
  • the hard metal holder with the diamond plate is then attached to a carrier, for example screwed.
  • the carrier is then screwed onto a knife holder, wherein the knife holder either only a single carrier or a plurality of carriers are attached.
  • the knife holder is arranged on a support, for example screwed, which specifies the position and the shape of the cutting edge.
  • such a construction is by no means suitable for household knives.
  • diamond plates usual for household knives and required cutting angle of less than 45 ° can not be achieved.
  • a cutting tool is provided with a base body having at least one cutting edge, wherein the surface of the base body is provided at least in regions of the cutting edge with at least one hard material layer.
  • the invention proposes a cutting tool in which the hard material layer at least partially forms the cutting edge.
  • the hard material layer is positively, positively and materially connected to the base body in connection, whereby an intimate connection between the base body and hard material coating and thus a high overall stability of the cutting tool is achieved.
  • the hard material layer can be applied, for example, by methods such as CVD, PVD or sputtering techniques.
  • the hard material is selected from the group consisting of diamond, diamond-like carbon, carbon, aluminum, zirconium and silicon-based ceramics, such as aluminum oxide, aluminum nitride, zirconium oxide, zirconium nitride, silicon carbide or silicon nitride, boron nitride, refractory metals from the groups VIb, Vb and VI of the Periodic Table and their carbon compounds, such as tantalum, tantalum carbide, tungsten, tungsten carbide, molybdenum, molybdenum carbide, vanadium, titanium nitrides, TiAlN, TiCN, TiB 2 and hard metals, such as tungsten carbide, TiC, TaC, optionally with cobalt and / or nickel components.
  • diamond diamond-like carbon, carbon, aluminum, zirconium and silicon-based ceramics, such as aluminum oxide, aluminum nitride, zirconium oxide, zirconium nitride, silicon carbide or silicon
  • the material of the base body is selected from aluminum, copper, titanium, nickel, chromium, niobium, tungsten or their alloys, tungsten carbide, tantalum, tantalum carbide, TiC, molybdenum, molybdenum carbide, ferrous materials, such as steel, hard metals such as tungsten carbide, optionally with cobalt and / or nickel, plastics such as thermoplastics and thermosets, as well as carbon fiber composites or glass fiber composites.
  • the base body is formed from titanium and its alloys.
  • a preferred combination is when the base body of titanium or a martensitchanenden steel and the hard material layer of diamond or diamond-like carbon.
  • the base body has a blade-shaped region which forms the cutting edge, and wherein the blade-shaped region is provided at least in regions with the hard material layer.
  • a further preferred embodiment provides that a broad side surface of the main body is at least partially provided with the hard material layer, while the second broad side surface is uncoated.
  • Both broad side surfaces of the body are at least partially provided with the hard material layer.
  • the layer thickness of the hard material layer it is advantageous if it has a maximum of 20 ⁇ m, preferably a maximum of 10 ⁇ m.
  • layer thicknesses of not more than 5 .mu.m, more preferably at most 1 .mu.m, provided.
  • the material of the main body consists of a martensite-forming steel, which undergoes a volume jump (gamma-alpha conversion) of between 0.3% and 2% during the coating in order to reduce the residual stresses.
  • At least one adhesion-promoting and / or diffusion-preventing layer is arranged between the base body and the hard material layer.
  • the material of the intermediate layer is preferably selected from the group IVb, Vb and VIb of the Periodic Table of the Elements or their compounds with Ti and / or B and / or N and / or A1, in particular TiB 2 -TiN.
  • the cutting edge of the hard material layer has a rounding radius R c ⁇ 20 ⁇ m, preferably R c ⁇ 5 ⁇ m, particularly preferably ⁇ 1 ⁇ m.
  • the surface of the hard material cutting element has a surface roughness R m ⁇ 1 ⁇ m, preferably ⁇ 0.5 ⁇ m.
  • the cutting edge itself can be smooth or alternatively jagged, wavy or with a free-form contour be provided.
  • the cutting tools according to the invention are characterized by a high sharpness.
  • the cutting edge has a wedge angle ⁇ 1 of 10 ° to 70 °, preferably 10 ° to 40 °.
  • the cutting edge preferably has two wedge angles, wherein the first wedge angle ⁇ 1 is from 10 ° to 70 °, in particular from 10 ° to 40 °, and the second wedge angle ⁇ 2 is from 1 ° to 30 °, in particular from 5 ° to 15 ° ,
  • the main body of the cutting tool is formed.
  • the main body may have openings and / or depressions for a reduction having the friction surface.
  • the cutting tool according to the invention has inherently a high sharpness and a high resistance to sharpness.
  • the sharpness can be further increased, for example, by plasma curing.
  • the resistance of the sharpness can be increased with this method, since a further hardening of the hard material layer can be achieved.
  • At least one surface of the cutting tool is optimized for optimizing the friction surface by means of form elements, such as transverse grooves, elevations, etc., or additional coatings such as Teflon, PEK, etc.
  • the cutting tool according to the invention can be designed in many variants, for example as a household knife, paring knife, chopping knife, table knife, steak knife, dessert knife, fruit knife, cheese knife, planer, hatchet or utility knife.
  • FIG. 2 illustrates a plan view of a broad side surface 7 of a cutting tool 1 according to the invention, which is designed here in the form of a kitchen knife.
  • FIG. 2 A section along the line II in Fig. 1 by an embodiment of a cutting tool 1 according to the invention is in Fig. 2 shown.
  • the construction of the cutting tool 1 according to the invention can be seen.
  • a hard material layer 4 made of diamond is applied on both sides, which join at the cutting edge 2.
  • the cutting edge 2 is thus formed solely by the hard material.
  • the wedge angle ⁇ 1 is indicated.
  • Fig. 3 is the same cut as in Fig. 2 shown, except that only one surface of the base body 3 is shown with a coating 4 of hard material here.
  • the material for such a base body 3 can basically be selected from common metallic materials and / or alloys or carbides. Examples include: aluminum, copper, titanium, nickel, chromium, niobium, tungsten or their alloys, tungsten carbide, tantalum, tantalum carbide, molybdenum, molybdenum carbide, iron-containing materials such as steel, hard metals such as tungsten carbide, optionally with cobalt and / or nickel, plastics such as thermoplastics and thermosets, as well as carbon fiber composites or glass fiber composites.
  • FIG. 4 illustrated various cutting geometries that can be realized in the cutting tool 1 according to the invention.
  • the Fig. 4a shows the geometric design of various single-stage embodiments, in which case a wedge angle ⁇ 1 of 10 to 70 °, preferably from 20 ° to 50 ° can be realized.
  • Fig. 4b shows possible embodiments for a two-stage design, in which case a first wedge angle ⁇ 1 of 10 ° to 70 °, preferably from 20 ° to 50 ° and a second wedge angle ⁇ 2 of 1 ° to 30 °, preferably 5 ° to 50 ° can be realized ,
  • the cutting tools 1 have a force F max of ⁇ 1 N.
  • FIG. 6 an embodiment of the cutting tool 1 according to the invention is shown as a peeler.
  • the blade of the peeler is connected via a movable element 8 with the handle 6, so that a tilting of the blade is made possible.
  • the so-called pendulum blade has in the middle a recess whose edges form the cutting edges 2, 2 '. Also shown is a section (AA) through the peeler.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, insbesondere einen Schäler, bei dem die Oberfläche des Grundkörpers im Bereich der Schneidkante mit mindestens einer Hartstoffschicht verstärkt ist. Dies ermöglicht die Herstellung von Schneidwerkzeugen mit dauerhafter, hoher Schärfe.

Description

  • Vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, insbesondere einen Schäler, bei dem die Oberfläche des Grundkörpers im Bereich der Schneidkante mit mindestens einer Hartstoffschicht verstärkt ist. Dies ermöglicht die Herstellung von Schneidwerkzeugen mit dauerhafter, hoher Schärfe.
  • Herkömmliche Klingen zeichnen sich durch einen Kompromiss aus der Schneidfähigkeit (Schärfe) und der Schneidhaltigkeit (Dauerhaftigkeit der Schärfe) aus. Die Schneidfähigkeit wird über den Keilwinkel und den Verrundungsradius der Schneidkante erzeugt. Je kleiner diese sind, desto schärfer ist das Messer, jedoch sinkt dadurch die Schneidhaltigkeit ab, d.h. die Anfangsschärfe der Klinge nimmt bei konventionellen Materialien im Gebrauch rasch ab.
  • Jedoch weisen die im Stand der Technik beschriebenen Klingen wesentliche Nachteile auf. Bei Stahlklingen ist es beispielsweise bekannt, dass diese Ausführungsformen jeweils einen Kompromiss zwischen Schneidfähigkeit und Schneidhaltigkeit bilden. Das heißt, entweder ist über die geometrische Gestaltung der Klinge eine hohe Schneidfähigkeit gegeben, wobei dann aber eine geringe Schneidhaltigkeit resultiert, oder umgekehrt. Eine gleichzeitige Erzielung beider Eigenschaften ist bisher schwer möglich. Außerdem weisen Stahlklingen eine hohe Korrosionsanfälligkeit auf.
  • Durch die Verwendung von verbessertem Klingenstahl, z.B. nach dem Damaszenerverfahren hergestellte Stähle, (mehrlagig gefaltet) bzw. durch Verwendung von höherwertigeren Stahllegierungen z.B. von Stählen mit höherem Kohlensstoffgehalt, kann sowohl die Schneidfähigkeit als auch die Schneidhaltigkeit verbessert werden. Die Degradation der Schneidkante findet jedoch nach wie vor statt und ein Nachschliff ist von Zeit zu Zeit nach wie vor notwendig.
  • Es wurden deshalb bereits Haushaltsmesser mit Keramikklingen entwickelt, die im Wesentlichen nicht mehr nachgeschliffen werden müssen. Haushaltsmesser unterliegen im Gebrauch jedoch einer relativ großen Biegebeanspruchung, die zu einer Bruchgefahr für die sehr spröden Keramikklingen wird. Die Warnung, Keramikklingen nicht als Hebel einzusetzen, wird und muss oft vom Benutzer ignoriert werden, mit dem Effekt, dass Teile aus der Klinge ausbrechen bzw. die gesamte Klinge bricht. Ferner muss aufgrund der Sprödheit des Materials der Keilwinkel größer gewählt werden als bei Stahl, da die Schneide sonst ausbricht.
  • Für industrielle Zwecke und im Bereich der Medizin ist es bereits bekannt, Schneidkanten unter Verwendung eines Diamantmaterials aufzubauen. So beschreibt beispielsweise die DE 198 59 905 C2 ein Schneidwerkzeug mit einer Schneidkante, die in einer synthetischen Diamantschicht ausgeformt wurde, zur Verwendung als medizinisches Skalpell. Zum Herstellen des bekannten Schneidwerkzeuges wird zunächst ein Träger, bevorzugt auf Siliziumbasis, durch Plasmabeschichtung mit einer Schicht aus polykristallinem Diamant versehen. Anschließend wird das Substrat zum Freilegen der Diamantschicht partiell weggeätzt und an der Diamantschicht wird, wiederum auf chemischem Wege durch Ätzen eine Schneidkante ausgeformt. Auf diese Weise ist es möglich, Schneidkanten in unterschiedlichen Formen und mit einem kleineren Verwendungsradius herzustellen. Die Klingen von Skalpellen sind jedoch relativ kurz, müssen sehr dünn sein, damit saubere Schnitte erzielt werden und werden aus diesem Grunde vom Benutzer bereits sehr sorgfältig behandelt, beispielsweise nicht auf Biegung beansprucht, was bei der bestimmungsgemäßen Verwendung eines Skalpells auch nicht notwendig ist.
  • Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs ist in der EP 577 066 B1 beschrieben, wobei jedoch hier die Schneidkante durch Laserbearbeitung ausgeformt wird, was nur größere Schneidenwinkel gestattet und im Vergleich zur mechanischen oder Plasmabearbeitung zu relativ großen Verrundungsradien führt.
  • Die DE 31 08 954 C2 beschreibt ein Messer für Industrieanwendung, insbesondere ein Messer zum Schneiden von bahnförmigem Material, beispielsweise Papier. Zu diesem Zweck werden Diamantplättchen, d.h. polykristalline Diamanten, eingesetzt. Wegen der geringen Größe dieser Diamanten und um eine bessere Austauschbarkeit beschädigter Teile der Schneidkante zu erreichen, ist die Schneidkante aus einer Vielzahl von Segmenten aufgebaut. Dabei sind die Diamantplättchen auf einer Hartmetallaufnahme befestigt. Die Hartmetallaufnahme mit dem Diamantplättchen wird anschließend auf einem Träger befestigt, beispielsweise aufgeschraubt. Der Träger wird dann auf einen Messerhalter aufgeschraubt, wobei am Messerhalter entweder nur ein einziger Träger oder eine Vielzahl von Trägem befestigt werden. Anschließend wird der Messerhalter auf einem Support angeordnet, beispielsweise angeschraubt, der die Lage und die Form der Schneidkante vorgibt. Ein solcher Aufbau ist jedoch für Haushaltsmesser keinesfalls geeignet. Auch ist mit Diamantplättchen der für Haushaltsmesser übliche und erforderliche Schneidenwinkel von weniger als 45° nicht zu erzielen.
  • Ausgehend von den Nachteilen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein korrosionsbeständiges Schneidwerkzeug mit wesentlich verbesserter Schneidfähigkeit und gleichzeitig verbesserter hoher Schneidhaltigkeit bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden dabei vorteilhafte Weiterbildungen.
  • Erfindungsgemäß wird somit ein Schneidwerkzeug mit einem mindestens eine Schneidkante aufweisenden Grundkörper bereitgestellt, wobei die Oberfläche des Grundkörpers mindestens im Bereich der Schneidkante mindestens bereichsweise mit mindestens einer Hartstoffschicht versehen ist. Somit wird erfindungsgemäß ein Schneidwerkzeug vorgeschlagen, bei dem die Hartstoffschicht zumindest teilweise die Schneidkante ausbildet. Die Hartstoffschicht steht dabei form-, kraft- und stoffschlüssig mit dem Grundkörper in Verbindung, wodurch eine innige Verbindung zwischen Grundkörper und Hartstoffbeschichtung und somit eine hohe Gesamtstabilität des Schneidwerkzeugs erzielt wird. Dadurch wird zum einen gewährleistet, dass sowohl bei hohen mechanischen Beanspruchungen senkrecht zur Schneidkante (wie sie beispielsweise beim Schneiden von harten Gegenständen auftreten) als auch bei hohen mechanischen Beanspruchungen entlang der Schneidkante (beispielsweise beim Biegen des Schneidwerkzeugs entlang des Grundkörpers, wie es beispielsweise beim Einsatz des Schneidwerkzeugs als Hebel auftritt) eine exzellente strukturelle Integrität des Schneidwerkzeugs gewährleistet ist. Somit besteht ein guter Verbund zwischen der Hartstoffschicht und dem Grundkörper, so dass ein Absplittern oder Ablösen der Hartstoffschicht effizient verhindert wird. Die Hartstoffschicht kann z.B. durch Verfahren wie CVD, PVD oder Sputter-Techniken aufgebracht werden.
  • Es hat sich gezeigt, dass ein derartiges Schneidwerkzeug mit einer wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Schneidkante aus einem Hartstoff überlegene Eigenschaften in Bezug auf die Schneidfähigkeit (Schärfe) und der Schneidhaltigkeit (Dauerhaftigkeit der Schärfe) aufweist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Hartstoff dabei ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diamant, diamantartigem Kohlenstoff, Kohlenstoff, auf Aluminium, Zirkon und Silizium basierenden Keramiken, wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Zirkonoxid, Zirkonnitrid, Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid, Bornitrid, refraktären Metallen aus den Gruppen VIb, Vb und VI des Periodensystems und deren Kohlenstoffverbindungen, wie Tantal, Tantalcarbid, Wolfram, Wolframcarbid, Molybdän, Molybdäncarbid, Vanadium, Titannitriden, TiAlN, TiCN, TiB2 sowie Hartmetallen, wie Wolframcarbid, TiC, TaC, gegebenenfalls mit Kobalt- und/oder Nickelanteilen.
  • Vorteilhaft ist es ebenso, wenn das Material des Grundkörpers ausgewählt ist aus Aluminium, Kupfer, Titan, Nickel, Chrom, Niob, Wolfram bzw. deren Legierungen, Wolframcarbid, Tantal, Tantalcarbid, TiC, Molybdän, Molybdäncarbid, eisenhaltigen Werkstoffen, wie Stahl, Hartmetallen, wie Wolframcarbid, gegebenenfalls mit Kobalt und/oder Nickel, Kunststoffen, wie Thermoplasten und Duroplasten, sowie Kohlefaserverbundwerkstoffen oder Glasfaserverbundwerkstoffen. Insbesondere ist der Grundkörper dabei aus Titan und dessen Legierungen gebildet.
  • Eine bevorzugte Kombination ist dabei, wenn der Grundkörper aus Titan oder einem martensitbildenden Stahl und die Hartstoffschicht aus Diamant oder diamantartigem Kohlenstoff besteht.
  • Vorzugsweise weist der Grundkörper einen klingenförmigen Bereich auf, der die Schneidkante bildet, und wobei der klingenförmige Bereich mindestens bereichsweise mit der Hartstoffschicht versehen ist.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass eine Breitseitenfläche des Grundkörpers zumindest bereichsweise mit der Hartstoffschicht versehen ist, während die zweite Breitseitenfläche unbeschichtet ist.
  • Alternativ dazu ist es jedoch ebenso möglich, dass beide Breitseitenflächen des Grundkörpers zumindest bereichsweise mit der Hartstoffschicht versehen sind.
  • Bezüglich der Schichtdicke der Hartstoffschicht ist es vorteilhaft, wenn diese maximal 20 µm, bevorzugt maximal 10 µm aufweist. Insbesondere sind hierbei, mit Ausnahme von kohlenstoffhaltigen Schichten, Schichtdicken von maximal 5 µm, besonders bevorzugt maximal 1 µm, vorgesehen.
  • Weiter bevorzugt ist, wenn das Material des Grundkörpers aus einem martensitbildenden Stahl besteht, der bei der Beschichtung einen Volumensprung (gamma-alpha-Umwandlung) zwischen 0,3 % und 2 % zur Reduzierung der Eigenspannungen durchläuft.
  • Weitere Vorteile ergeben sich, wenn zwischen Grundkörper und Hartstoffschicht mindestens eine haftvermittelnde und/oder diffusionsverhindernde Schicht angeordnet ist. Das Material der Zwischenschicht ist dabei bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe IVb, Vb und VIb des Periodensystems der Elemente bzw. deren Verbindungen mit Ti und/oder B und/oder N und/oder A1, insbesondere TiB2-TiN.
  • In einer weitere vorteilhaften Variante weist die Schneidkante der Hartstoffschicht einen Verrundungsradius Rc < 20 µm, bevorzugt Rc < 5 µm, besonders bevorzugt < 1 µm auf.
  • Bevorzugt ist weist die Oberfläche des Hartstoffschneidelementes eine Oberflächenrauhigkeit Rm < 1 µm, bevorzugt < 0,5 µm, auf.
  • Die Schneide selbst kann glatt oder alternativ hierzu zackenförmig, wellenförmig oder mit einer Freiformkontur versehen sein.
  • Die erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuge zeichnen sich durch eine hohe Schärfe aus. Dabei wird die Schärfe der Schneidkante durch eine Kraft Fmax definiert, die wie folgt bestimmt werden kann: ein Nylonfaden mit einem Durchmesser von 0,2 mm wird über eine Luftstrecke von 2 d (d = 25 mm) geführt, wobei der Faden an einem Ende fest fixiert und am anderen Ende unter einer Zugspannung von 6 N gehalten wird, die Schneidkante wird in einem Winkel von 90° auf den Faden bewegt (Vektor sx) und trifft den Nylonfaden bei der Länge 1d bei x = 0, die Kraft Fx steigt infolgedessen nahezu linear mit sx an; die Kraft Fmax ist dann durch die Kraft definiert, bei der der Faden durchtrennt wird, wobei die Kraft Fmax ≤ 3 N, besonders bevorzugt Fmax ≤ 1 N ist. Insbesondere beträgt Fmax < 0,75 N, bevorzugt < 0,5 N.
  • Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Schneidkante einen Keilwinkel α1 von 10° bis 70°, bevorzugt 10° bis 40°, aufweist.
  • Beim Schneidwerkzeug der Erfindung ist günstig, wenn es so ausgebildet ist, dass der Grundkörper eine Wate aufweist. So lassen sich besonders gute Werte bei der Schärfe und der Dauerhaftigkeit erreichen. Bevorzugt weist die Schneidkante zwei Keilwinkel auf, wobei der erste Keilwinkel α1 von 10° bis 70°, insbesondere von 10° bis 40° und der zweite Keilwinkel α2 von 1° bis 30°, insbesondere von 5° bis 15°, beträgt.
  • Dabei ist es unerheblich, wie der Grundkörper des Schneidwerkzeugs ausgebildet ist. Je nach Einsatz- oder Verwendungszweck kann der Grundkörper jedoch Durchbrüche und/oder Vertiefungen für eine Reduzierung der Reibfläche aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug weist von Haus aus eine hohe Schärfe sowie eine hohe Beständigkeit der Schärfe auf. Die Schärfe kann beispielsweise durch Plasmaschärfverfahren weiter gesteigert werden. Mit diesem Verfahren kann gleichzeitig auch die Beständigkeit der Schärfe erhöht werden, da eine weitere Härtung der Hartstoffschicht erzielt werden kann.
  • Vorteilhaft ist mindestens eine Oberfläche des Schneidwerkzeug hinsichtlich einer Optimierung der Reibfläche durch Formelemente, wie Querrillen, Erhebungen etc. oder zusätzliche Beschichtungen wie Teflon, PEK usw. optimiert.
  • Das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug kann in vielen Varianten ausgebildet sein, beispielsweise als Haushaltsmesser, Schälmesser, Wiegemesser, Tafelmesser, Steakmesser, Dessertmesser, Obstmesser, Käsemesser, Hobel, Beil oder Universalmesser.
  • Als besonderer Anwendungsfall sind Haushaltsmesser und Schälmesser zu nennen. Der nachfolgend beschriebene Schäler weist neben der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Klinge noch weitere Vorteile auf.
  • Bei den meisten Schälern wird nämlich die Klinge mit zwei Schrauben in den Halter des Schälers eingeschraubt. Dadurch ergeben sich Nachteile, wie z.B. Montageaufwand durch Schraubbefestigung der Klinge, schlechte Reinigungsmöglichkeiten, hinderliche Schraubenköpfe beim Schälen oder die Tatsache, dass sich der Schälspan unmittelbar nach dem Schälen wieder auf das Schälgut, z.B. Gurken oder andere stark wasserhaltige Lebensmittel, auflegt. Somit ist es vorteilhaft, dass wenn der Grundkörper mit einem Griff verbunden ist, dieser integriert oder Bestandteil des Griffs ist. Insbesondere wenn die Verbindung zwischen Grundkörper und Griffkraft, form- oder stoffschlüssig ausgestaltet ist, lassen sich oben genannte Nachteile eliminieren. Dies kann beispielsweise durch Ultraschallverschweißen des Grundkörpers mit dem Griff erfolgen. Weiter bevorzugt ist dabei, wenn die Verbindung zwischen Grundkörper und Griff beweglich ist. Ebenso ist noch möglich, dass der Grundkörper durch Spritzguss in den Griff eingearbeitet ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend durch die Figuren 1 - 6 näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Blick auf die Breitseitenfläche 7 eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs 1,
    Fig. 2
    einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug, das auf beiden Oberflächen des Grundkörpers 3 eine Hartstoffbeschichtung 4 aufweist,
    Fig. 3
    einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug, das nur auf einer Oberfläche des Grundkörpers 3 eine Hartstoffbeschichtung 4 aufweist,
    Fig. 4a
    schematisch verschiedene mögliche Ausbildungen der Schneidgeometrie einer einstufigen Ausführungsform,
    Fig. 4b
    die Ausführungsformen einer zweistufigen Ausbildung der Schneidkante,
    Fig. 5
    in der Figurenfolge 4a bis 4b den Ablauf der Bestimmung der Kraft Fmax,
    Fig. 6
    eine erfindungsgemäße Ausgestaltungsform des Schneidwerkzeugs als Schäler, mit einer bezüglich des Griffs drehbar angeordneten Klinge.
  • Fig. 1 stellt eine Aufsicht auf eine Breitseitenfläche 7 eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs 1 dar, das hier in Form eines Küchenmessers ausgebildet ist.
  • Ein Schnitt entlang der Linie I-I in Fig. 1 durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs 1 ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser Darstellung ist der erfindungsgemäße Aufbau des Schneidwerkzeugs 1 ersichtlich. Auf dem Grundkörper 3 aus Titan ist auf beiden Seiten eine Hartstoffschicht 4 aus Diamant aufgebracht, die sich an der Schneidkante 2 vereinen. Die Schneidkante 2 wird somit alleinig durch das Hartstoffmaterial gebildet. Ebenso ist der Keilwinkel α1 angedeutet.
  • In Fig. 3 ist derselbe Schnitt wie in Fig. 2 dargestellt, nur dass hier lediglich eine Oberfläche des Grundkörpers 3 mit einer Beschichtung 4 aus Hartstoff dargestellt ist.
  • Das Material für einen derartigen Grundkörper 3 kann grundsätzlich aus gängigen metallischen Materialien und/oder Legierungen bzw. Carbiden ausgewählt sein. Beispiele hierfür sind: Aluminium, Kupfer, Titan, Nickel, Chrom, Niob, Wolfram bzw. deren Legierungen, Wolframcarbid, Tantal, Tantalcarbid, Molybdän, Molybdäncarbid, eisenhaltige Werkstoffen, wie Stahl, Hartmetalle, wie Wolframcarbid, gegebenenfalls mit Kobalt- und/oder Nickelanteilen, Kunststoffe, wie Thermoplasten und Duroplasten, sowie Kohlefaserverbundwerkstoffe oder Glasfaserverbundwerkstoffe.
  • Zur besseren Übersichtlichkeit sind in Fig. 4 verschiedene Schneidgeometrien dargestellt, die beim erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug 1 realisiert werden können. Die Fig. 4a zeigt die geometrische Ausbildung verschiedener einstufiger Ausführungsformen, wobei hier ein Keilwinkel α1 von 10 bis 70°, bevorzugt von 20° bis 50° realisiert werden kann.
  • Fig. 4b zeigt mögliche Ausführungsformen für eine zweistufige Ausgestaltung, wobei hier ein erster Keilwinkel α1 von 10° bis 70°, bevorzugt von 20° bis 50° und ein zweiter Keilwinkel α2 von 1° bis 30°, bevorzugt 5° bis 50° realisiert werden kann.
  • Fig. 5 zeigt nun den Messaufbau zur Bestimmung der Schärfe der Schneidkante 2 des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs 1. Die Schärfe wurde dabei durch eine Kraft Fmax definiert, die wie folgt bestimmt worden ist: ein Nylonfaden mit einem Durchmesser von 0,2 mm wird über eine Luftstrecke von 2 d (d = 25 mm) geführt, wobei der Faden an einem Ende fest fixiert und am anderen Ende unter einer Zugspannung von 6 N gehalten wird. Die Schneidkante 2 wird nun in einem Winkel 90° (sowohl in der Draufsicht als auch in der Seitenansicht) auf den Faden zu bewegt (Vektor Sx). Bei x=0 trifft dann die Schneidkante 2 den Faden. Als Folge davon steigt Fx annähernd linear mit Sx an. Vorgegeben wird somit immer Sx, Fx ist die abhängige Größe und wird simultan gemessen (Fx = f (Sx)). Mit zunehmender Verschiebung Sx steigt somit die Kraft Fx an. In Punkt (Fmax) wird dann der Faden durchtrennt. Der Betrag der Kraft Fx geht schlagartig zurück auf 0. Gemäß der vorliegenden Erfindung weisen die Schneidwerkzeuge 1 eine Kraft Fmax von ≤ 1 N auf.
  • Figur 6 ist eine Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs 1 als Schäler dargestellt. Dabei ist die Klinge des Schälers über ein bewegliches Element 8 mit dem Griff 6 verbunden, so dass ein Verkippen der Klinge ermöglicht ist. Die sogenannte Pendelklinge weist in der Mitte eine Aussparung auf, deren Ränder die Schneidkanten 2, 2' ausbilden. Ebenso dargestellt ist ein Schnitt (A-A) durch den Schäler.

Claims (27)

  1. Schneidwerkzeug (1) mit einem mindestens eine Schneidkante (2) aufweisenden Grundkörper (3),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Oberfläche des Grundkörpers (3) mindestens im Bereich der Schneidkante (2) mindestens bereichsweise mit mindestens einer Hartstoffschicht (4) versehen ist.
  2. Schneidwerkzeug (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Diamant, diamantartigem Kohlenstoff, Kohlenstoff, auf Aluminium, Zirkon und Silizium basierenden Keramiken, wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Zirkonoxid, Zirkonnitrid, Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid, Bornitrid, refraktären Metallen aus den Gruppen VIb, Vb und VI des Periodensystems und deren Kohlenstoffverbindungen, wie Tantal, Tantalcarbid, Wolfram, Wolframcarbid, Molybdän, Molybdäncarbid, Vanadium, Titannitriden, TiAlN, TiCN, TiB2 sowie Hartmetallen, wie Wolframcarbid, TiC, TaC, gegebenenfalls mit Kobalt- und/oder Nickelanteilen.
  3. Schneidwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Grundkörpers (3) aus Titan und dessen Legierungen besteht.
  4. Schneidwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Grundkörpers (3) ausgewählt ist aus Aluminium, Kupfer, Titan, Nickel, Chrom, Niob, Wolfram bzw. deren Legierungen, Wolframcarbid, Tantal, Tantalcarbid, TiC, Molybdän, Molybdäncarbid, eisenhaltigen Werkstoffen, wie Stahl, Hartmetallen, wie Wolframcarbid, gegebenenfalls mit Kobalt und/oder Nickel, Kunststoffen, wie Thermoplasten und Duroplasten, sowie Kohlefaserverbundwerkstoffen oder Glasfaserverbundwerkstoffen.
  5. Schneidwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) einen klingenförmigen Bereich aufweist, der die Schneidkante bildet, und dass der klingenförmige Bereich mindestens bereichsweise mit der Hartstoffschicht versehen ist.
  6. Schneidwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Breitseitenfläche (7) des Grundkörpers (3) zumindest bereichsweise mit der Hartstoffschicht (4) versehen ist, während die zweite Breitseitenfläche (7) unbeschichtet ist.
  7. Schneidwerkzeug (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass beide Breitseitenflächen des Grundkörpers zumindest bereichsweise mit der Hartstoffschicht versehen sind.
  8. Schneidwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (4) eine Schichtdicke von maximal 20 µm, insbesondere maximal 10 µm aufweist.
  9. Schneidwerkzeug (1) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (4), mit Ausnahme von kohlenstoffhaltigen Schichten, eine Schichtdicke von bevorzugt maximal 5 µm, besonders bevorzugt maximal 1 µm aufweist.
  10. Schneidwerkzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Grundkörpers (3) aus einem martensitbildenden Stahl besteht, der bei der Beschichtung einen Volumensprung (gamma-alpha-Umwandlung) zwischen 0,3 % und 2 % zur Reduzierung der Eigenspannungen durchläuft.
  11. Schneidwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Grundkörper (3) und Hartstoffschicht (4) mindestens eine haftvermittelnde und/oder diffusionsverhindernde Schicht (5) angeordnet ist.
  12. Schneidwerkzeug (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Zwischenschicht (5) ausgewählt ist aus der Gruppe IVb, Vb und VIb des Periodensystems der Elemente bzw. deren Verbindungen mit Ti und/oder B und/oder N und/oder A1, insbesondere TiB2-TiN.
  13. Schneidwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (2) einen Verrundungsradius Rc < 20 µm, bevorzugt Rc < 5 µm, besonders bevorzugt < 1 µm aufweist.
  14. Schneidwerkzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (2) des Hartstoffschneidelementes eine Oberflächenrauhigkeit Rm < 1 µm, bevorzugt < 0,5 µm, aufweist.
  15. Schneidwerkzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schärfe der Schneidkante (2) durch eine Kraft Fmax definiert ist, die wie folgt bestimmt worden ist:
    ein Nylonfaden mit einem Durchmesser von 0,2 mm wird über eine Luftstrecke von 2 d (d = 25 mm) geführt, wobei der Faden an einem Ende fest fixiert und am anderen Ende unter einer Zugspannung von 6 N gehalten wird,
    die Schneidkante wird in einem Winkel von 90° auf den Faden bewegt (Vektor sx) und trifft den Nylonfaden bei der Länge 1d bei x = 0,
    die Kraft Fx steigt infolgedessen nahezu linear mit Sx an; die Kraft Fmax ist dann durch die Kraft definiert, bei der der Faden durchtrennt wird, wobei die Kraft Fmax ≤ 3 N, besonders bevorzugt Fmax ≤ 1 N ist .
  16. Schneidwerkzeug (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
    dadurch gekennzeichnet, dass Fmax < 0,75 N, bevorzugt < 0,5 N ist.
  17. Schneidwerkzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (2) einen Keilwinkel α1 von 10° bis 70 °, bevorzugt 10° bis 40 °, aufweist.
  18. Schneidwerkzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (2) einen ersten Keilwinkel α1 von 10° bis 70 °, insbesondere von 10° bis 40 ° und der zweite Keilwinkel α2 von 1° bis 30 °, insbesondere von 5° bis 15 °, beträgt.
  19. Schneidwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper des Schneidwerkzeugs (1) Durchbrüche und/oder Vertiefungen für eine Reduzierung der Reibfläche aufweist.
  20. Schneidwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Oberfläche des Schneidwerkzeug (1) hinsichtlich einer Optimierung der Reibfläche durch Formelemente, wie Querrillen, Erhebungen etc. oder zusätzliche Beschichtungen wie Teflon, PEK usw. optimiert ist.
  21. Schneidwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (2) zackenförmig, wellenförmig oder mit einer Freiformkontur gestaltet ist.
  22. Schneidwerkzeug (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) mit einem Griff (6) verbunden ist.
  23. Schneidwerkzeug (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) integriert oder Bestandteil des Griffs (6) ist.
  24. Schneidwerkzeug (1) nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Grundkörper (3) und Griff (6) kraft- oder formschlüssig ist oder stoffschlüssig z.B. durch Ultraschallschweißen erfolgt ist.
  25. Schneidwerkzeug (1) nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Grundkörper (3) und Griff (6) beweglich ist.
  26. Schneidwerkzeug (1) nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) durch Spritzguss in den Griff (6) eingespritzt ist.
  27. Schneidwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug (1) ein Haushaltsmesser, Schälmesser, Wiegemesser, Tafelmesser, Steakmesser, Dessertmesser, Obstmesser, Käsemesser, Hobel, Beil oder Universalmesser ist.
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