[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schneiden eines Prozessguts, insbesondere
von Nahrungsmitteln, wie Fleisch, Käse, Gemüse, Brot oder Teigwaren.
[0002] In zahlreichen industriellen Anwendungen, insbesondere in der Nahrungsmittelindustrie,
sind Produkte mit vorgesehenen Abmessungen bereitzustellen. Oft werden Brot, Fleischwaren,
insbesondere Wurstwaren, oder Käse in Tranchen aufgeteilt und verpackt. Dazu werden
Schneidevorrichtungen, z.B. Vorrichtungen mit rotierenden runden Schneidscheiben vorgesehen,
welche mit hohen Taktfrequenzen gegen die Produkte geführt werden, um die erforderlichen
Schnitte auszuführen. Derartige Vorrichtungen sind aufwendig in der Herstellung, im
Betrieb und in der Wartung. Durch die Rotation der Schneidscheiben, die regelmässig
neu geschliffen werden müssen, erfolgt eine massive Einwirkung auf das Prozessgut,
so dass Partikel herauslöst und weggeschleudert werden, wodurch eine Verschmutzung
der Vorrichtung resultiert.
[0003] Weiterhin sind die Schneidscheiben und die Parameter für deren Betrieb jeweils an
das zu verarbeitende Produkt anzupassen, wodurch der Einsatzbereich beschränkt ist
oder eine individuelle Ansteuerung vorzusehen ist. Sofern beispielsweise weiches Brot
geschnitten werden soll, so sind hohe Drehzahlen erforderlich, damit dieses bei der
Applikation eines Schnittes nicht zusammengedrückt wird. Sofern gleichzeitig Produkte
mit unterschiedlichen Eigenschaften verarbeitet werden sollen, ist eine individuelle
Anpassung jedoch kaum möglich.
[0004] Oft wird Prozessgut auch durch einen Extruder geführt und an dessen Ausgang anhand
einer Schneidevorrichtung periodisch geschnitten, um ein Langgut, wie Spaghetti-Stäbe,
zu erhalten. Die Messer dieser Schneidevorrichtungen müssen normalerweise innerhalb
kurzer Zeitabstände ersetzt und neu geschliffen werden, wodurch ein erheblicher Aufwand
resultiert.
[0005] Zudem nehmen Schneidevorrichtungen mit rotierenden Schneidscheiben zusammen mit den
Antriebsvorrichtungen viel Raum in Anspruch, so dass hinsichtlich der eingesetzten
Mittel, einschliesslich der benötigten Räumlichkeiten, eine geringe Effizienz resultiert.
Ferner resultieren bei Produkten mit grossen Abmessungen besondere Anforderungen an
die Schneideeinheit. Gegebenenfalls muss die Schneidscheibe entlang einer Bahn geführt
werden, um den gewünschten Schnitt in der erforderlichen Länge auszuführen.
[0006] Mit steigender Präzision bei der Bearbeitung eines Produkts steigt üblicherweise
auch die Bearbeitungszeit. Da beim Schneiden von Nahrungsmitteln die Durchsatzrate
Vorgang hat, verzichtet der Produzent üblicherweise auf einen idealen Schnittverlauf.
Dafür muss das Schnittgut vor dem Abpacken in einem weiteren Arbeitsgang gegebenenfalls
gewogen werden.
[0007] Aus der Offenlegungsschrift
EP2551077A1 ist eine Schneidevorrichtung bekannt, bei der ein Messer über ein Kopplungselement
und einen Energiewandler mit einem Ultraschallgenerator verbunden ist. Das Messer
ist beidseitig gehalten und wird senkrecht zu seiner Ausrichtung nach oben und nach
unten gefahren, um ein Prozessgut zu schneiden. Diese vorteilhafte Schneidevorrichtung
mit der zugehörigen Antriebsvorrichtung ist relativ aufwändig ausgestaltet und nimmt
noch immer relativ viel Raum in Anspruch. Die Antriebsvorrichtung, mittels der das
Messer in zwei Richtungen, nach oben und nach unten, zu verschieben ist, erfordert
einen relativ hohen Steuerungsaufwand. Sofern besonders hohe Taktzyklen realisiert
werden sollen, so steigen die Anforderungen an die Antriebs- und Steuerungsvorrichtung
überproportional. Zu beachten ist ferner der Energiebedarf bei diesen Vorrichtungen
insbesondere, wenn hohe Taktzyklen realisiert werden.
[0008] Ferner ist zu beachten, dass die Schneidewerkzeuge während der Rückbewegung keine
Schneidearbeit ausführen können, weshalb der Schneidezyklus nur zu 50 % genutzt werden
kann.
[0009] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung
zum Schneiden von Prozessgut, insbesondere Nahrungsmitteln, zu schaffen.
[0010] Insbesondere ist eine Schneidevorrichtung anzugeben, die kompakt aufgebaut werden
kann und nur wenig Raum in Anspruch nimmt, so dass sie in beliebige Fertigungsprozesse
und Produktionsprozesse vorteilhaft integriert werden kann.
[0011] Mittels der erfindungsgemässen Schneidevorrichtung sollen hohe Taktzyklen realisierbar
sein, wobei ein Mehraufwand für die Antriebs- und Steuerungsvorrichtung bei der Erhöhung
der Taktzyklen vermieden werden soll. Ferner soll vorzugsweise während mehr als 50
% eines Taktzyklus Schneidearbeit ausgeführt werden können.
[0012] Die Schneidevorrichtung soll mit hoher Effizienz und insbesondere auch im Bereich
hoher Taktzyklen mit geringem Energieverbrauch betrieben werden können.
[0013] Die Schneidevorrichtung soll einfach aufgebaut sein und mit geringem Aufwand gewartet
werden können. Am Messer bzw. an der Klinge der Schneidevorrichtung sollen auch nach
längerem Gebrauch keine Verschleisserscheinungen auftreten.
[0014] Das Prozessgut soll mit hoher Präzision und hohen Taktraten geschnitten werden können.
Die geschnittenen Produkte, insbesondere Nahrungsmittelscheiben sollen ebene Schnittflächen
und gleichmässige Dicken aufweisen. Die Präzision soll dabei auch dann erhalten bleiben,
wenn die Festigkeitseigenschaften des zugeführten Nahrungsmittels oder parallel zugeführter
Nahrungsmitteleinheiten ändert.
[0015] Mittels der Schneidevorrichtung soll auch ein Prozessgut, welches in Form eines Langguts
vorliegt, präzise geschnitten werden.
[0016] Die erfindungsgemässe Schneidevorrichtung soll auch vorteilhaft in Verbindung mit
Extrudern eingesetzt werden können, welche ein Prozessgut, insbesondere Nahrungsmittel,
abgeben, das in Einzelteile geschnitten werden soll.
[0017] Diese Aufgabe wird mit einer Schneidevorrichtung gelöst, welche die in Anspruch 1
angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in
weiteren Ansprüchen angegeben.
[0018] Die Vorrichtung, die dem Schneiden eines Prozessguts, insbesondere eines Nahrungsmittels,
dient, umfasst wenigstens ein Schneidewerkzeug in Form einer Klinge, die einerseits
mit einer Antriebsvorrichtung und die andererseits über ein Kopplungselement und einen
Energiewandler mit einem Ultraschallgenerator verbunden ist.
[0019] Erfindungsgemäss sind das Kopplungselement und der Energiewandler, gegebenenfalls
auch der Ultraschallgenerator, drehbar gehalten, so dass die mit Ultraschallenergie
beaufschlagbare Klinge drehbar ist.
[0020] Die Einkopplung der Ultraschallenergie erlaubt es der Klinge, das Prozessgut mit
geringem Energieaufwand und praktisch ohne Kraftaufwand zu schneiden. Die auf der
Klinge auftretenden Oberflächenwellen trennen die Struktur des Prozessguts auf, bevor
die Klinge tiefer in das Prozessgut eindringt. Dies erlaubt ein rasches Eindringen
der Klinge, ohne dass Deformationen beim Prozessgut auftreten. Im Vergleich zu rotierenden
Scheiben, die mit hohen Drehzahlen drehen und so gegen das Prozessgut geführt werden,
resultiert mit dem rotierenden Messer ein sanfter Schnitt, welcher das Prozessgut
auftrennt, aber nicht schädigt. Die Rotationsgeschwindigkeit der Klinge ist dabei
viel tiefer als die Rotationsgeschwindigkeit der runden Schneidscheiben und entspricht
der Geschwindigkeit, mit der letztere gegen das Prozessgut geführt werden.
[0021] Anstatt die Klinge vor und zurück zu bewegen, um das Prozessgut zu schneiden, wird
diese in einer Ebene rotiert, die senkrecht zur Antriebsachse steht. Die Klinge muss
daher nicht abgebremst und wieder beschleunigt werden, sondern kann ohne Energieverluste
kontinuierlich in dieselbe Richtung rotiert werden. Die Steuerung der Arbeitszyklen
des Messers kann durch Steuerung eines Antriebsmotors somit in einfacher Weise erfolgen.
Die maximale Arbeitsfrequenz wird daher nicht durch die Antriebsvorrichtung, sondern
durch die maximale Schneidegeschwindigkeit bestimmt, mit der die Klinge durch das
Prozessgut hindurchgeführt werden kann. Da diese maximale Schneidegeschwindigkeit
bei der erfindungsgemässen Anwendung von Ultraschallenergie sehr hoch ist, können
sehr hohe Taktzyklen erreicht werden.
[0022] Die Anwendung von Ultraschallenergie beispielsweise mit einer Arbeitsfrequenz von
35 kHz verleiht dem erfindungsgemäss ausgestalteten Messer besonders vorteilhafte
Eigenschaften. Die Ultraschallenergie wird vorzugsweise über die grossen Seitenflächen
des Klingenrückens quer zur Schnittrichtung des Messers in die Klinge eingekoppelt.
Ein der Klinge zugewandtes Endstück des Kopplungselements verläuft dabei vorzugsweise
senkrecht zur Klinge. Bei der Einwirkung der Ultraschallenergie resultieren elastische
Wellen innerhalb und/oder auf der Oberfläche der Klinge, die sich zur Schneide hin
intensivieren. Geeignete Wellen resultieren bei gekrümmter oder gebogener Ausgestaltung
des Kopplungselements, welches vorzugsweise U-förmig ausgestaltet ist.
[0023] Die Klinge kann nur auf einer Seite oder auch auf einander gegenüberliegenden Seiten
mit einer Schneidekante versehen werden. Die Schneidevorrichtung ist dabei derart
ausgestaltet, dass die Klinge in beide Richtungen rotiert werden kann. Auf diese Weise
verdoppelt sich die Dauer, mit der eine Klinge betrieben werden kann bevor sie neu
geschliffen werden muss. Möglich ist auch der Einsatz von zwei oder mehreren Klingen,
die mittels voneinander getrennter oder miteinander verbundener Kopplungselemente
gehalten sind.
[0024] Das Kopplungselement wird vorzugsweise von einer Antriebswelle bzw. Rotorwelle gehalten.
Vorzugsweise ist das der Antriebswelle zugewandte Endstück des Kopplungselements koaxial
zur Antriebswelle ausgerichtet. Vorzugsweise ist das Kopplungselement in die Antriebswelle
integriert. Dazu kann die Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet sein, die eine Öffnung
aufweist, die zur Aufnahme des Kopplungselements geeignet ist. Das Kopplungselement
kann innerhalb der Hohlwelle durch Nutensteine, Klebstoff oder dergleichen fixiert
sein.
[0025] Die Antriebswelle ist auf wenigstens einem Lagerelement gelagert und direkt oder
indirekt über Antriebselemente, wie Zahnräder und Zahnriemen, mit einer Antriebseinheit,
beispielsweise einem Elektromotor, verbunden.
[0026] Die Antriebswelle trägt ferner den Energiewandler oder den Energiewandler und den
Ultraschallgenerator. Grundsätzlich ist nur erforderlich, dass der mit dem Kopplungselement
verbundene Energiewandler, beispielsweise ein Piezoelement, zusammen mit der Antriebswelle
gedreht wird. Lediglich in vorzugsweisen Ausgestaltungen wird der Ultraschallgenerator
ebenfalls mit der Antriebswelle verbunden und drehbar gehalten.
[0027] Energie und/oder Steuersignale sind dem Energiewandler und/oder dem Ultraschallgenerator
bzw. einer damit verbundenen und ebenfalls drehbar gehalten Steuereinheit über eine
elektrische Kopplungseinheit zuführbar. Steuersignale können auch über eine Funkschnittstelle,
beispielsweise nach dem Bluetooth-Verfahren, übertragen werden. Möglich ist auch die
optische Übertragung von Steuersignalen.
[0028] Beispielsweise werden elektrische Energie und/oder elektrische Steuersignale durch
galvanische Ankopplung oder durch induktive Ankopplung übertragen. Die galvanische
Ankopplung erfolgt beispielsweise über drehende Kontaktringe, die mit der Antriebswelle
verbunden sind, und stationäre Schleifkontakte. Die induktive Ankopplung erfolgt durch
Spulen, über die Wechselspannungen induktiv übertragbar sind.
[0029] In besonders bevorzugten Ausgestaltungen umfasst die Schneidevorrichtung einen Stromgenerator,
mittels dessen rotorseitig eine Versorgungsspannung erzeugt wird. Dazu werden vorzugsweise
stationär angeordnete Permanentmagnete vorgesehen, deren Magnetfelder Spannungen in
Spulen induzieren, die mit der Antriebswelle rotiert werden. In dieser Ausgestaltung
genügt es, die Antriebswelle mechanisch zu drehen, um eine Versorgungsspannung für
den Betrieb des Ultraschallgenerators zur Verfügung zu stellen. Damit die Versorgungsspannung
permanent zur Verfügung steht, wird die Antriebswelle vorzugsweise auch mit einem
Stromspeicher gekoppelt. Ferner wird vorzugsweise wenigstens eine Stromversorgungseinheit
vorgesehen, mittels der Gleichspannungen in Wechselspannungen oder Wechselspannungen
in Gleichspannungen bedarfsweise gewandelt werden können.
[0030] Die Antriebswelle und gegebenenfalls der Ultraschallgenerator werden vorzugsweise
innerhalb eines Gehäuses angeordnet, welches zwei oder mehr Gehäuseteile aufweisen
kann und aus dem das drehbar gehaltene Kopplungselement hervor tritt.
[0031] Die erfindungsgemässe Schneidevorrichtung kann mit beliebigen Vorrichtungen gekoppelt
werden, um ein Prozessgut zu schneiden. Beispielsweise wird die Schneidevorrichtung
am Ende einer Förderkette angeordnet, an der ein Prozessgut in Einzelteile zu schneiden
ist. Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemässe Schneidevorrichtung auch am
Ausgang eines Extruders angeordnet werden, so dass das extrudierte Material wahlweise
in kürzere oder längere Elemente aufgeteilt werden kann. Eine einzige Schneidevorrichtung
kann dabei mehrere Extruder oder Fördervorrichtungen bedienen.
[0032] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
- Fig. 1
- eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Schneiden eines Prozessguts 8, umfassend eine
Schneidevorrichtung 1 mit vier Schneidewerkzeugen 11A, ..., 11D, mittels denen das
Prozessgut 8, welches in Form von Stangen 8A, ..., 8L auf einem Fördertisch 93 zugeführt
wird, in Scheiben 89 geschnitten wird;
- Fig. 2
- die Schneidevorrichtung 1 von Figur 1, mit zwei Antriebseinheiten 12A, 12B mittels
denen die Schneidewerkzeuge 11A, ..., 11D in linearen Bewegungen nach unten und wieder
nach oben verschiebbar sind;
- Fig. 3a
- eine erfindungsgemässe Schneidevorrichtung 1 mit wenigstens einem drehbar gehalten
Schneidewerkzeug in Form einer Klinge 11, die einerseits mit einer Antriebsvorrichtung
und andererseits über ein Kopplungselement 15 und einen Energiewandler 14 mit einem
Ultraschallgenerator 13 verbunden ist;
- Fig. 3b
- die Schneidevorrichtung 1 von Figur 3a von vorn;
- Fig. 4
- die Schneidevorrichtung 1 von Figur 3a in räumlicher Darstellung von vorn;
- Fig. 5
- die Schneidevorrichtung 1 von Figur 3a in räumlicher Darstellung von hinten; und
- Fig. 6
- die Schneidevorrichtung 1 von Figur 3a in einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung
mit direkter Ankopplung der Klinge 11 an eine Antriebseinheit 12 bzw. einen Elektromotor.
[0033] Figur 1 zeigt eine Vorrichtung, die zum Schneiden eines Prozessguts 8, insbesondere
eines Nahrungsmittels, geeignet ist. Die Vorrichtung umfasst eine Schneidevorrichtung
1 mit vier Schneidewerkzeugen 11A, ..., 11D, eine Schubeinheit 95 mit einem Schubwerkzeug
94, zwei Antriebsvorrichtungen 12A, 12B für den Antrieb der Schneidewerkzeuge 11A,
..., 11D, und einen Fördertisch 3, auf dem das ACS gut 8 abgelegt und mittels des
Schubwerkzeugs 94 hin zu den Schneidewerkzeugen 11A, ..., 11D gestossen werden kann.
Die Schneidevorrichtung 1 wird von einer Montagestruktur 5 gehalten.
[0034] Das Nahrungsmittel 8 wird den vier Schneidewerkzeugen 11A, ..., 11D in zwölf zylinderförmigen
oder stangenförmigen Einheiten 8A, ..., 8L parallel zugeführt, so dass jeweils drei
der Nahrungsmitteleinheiten 8A, ..., 8L von einem der Schneidewerkzeuge 11A; ...;
11D gleichzeitig geschnitten werden. Frontseitig sind die parallel zugeführten Nahrungsmitteleinheiten
8A, ..., 8L von einem Niederhalter in einer gewünschten Position gehalten, während
der Schnitt ausgeführt wird.
[0035] Die Schneideeinheit 1 umfasst die vier Schneidewerkzeuge 11A; ...; 11D, die je mit
einem Ultraschallgenerator 13 verbunden sind und von den Antriebsvorrichtungen 12A,
12B vertikal abgesenkt und wieder angehoben werden können, um Nahrungsmittelscheiben
89 von den Nahrungsmitteleinheiten 8 abzuschneiden. Die Nahrungsmittelscheiben 89
fallen auf ein Förderband 92 eines Aufnahmeförderers 9, welcher einen Antriebsmotor
91 aufweist.
[0036] Ferner ist eine Steuereinheit 6 vorgesehen, welche die Schneidevorrichtung 1, die
Fördervorrichtungen und die Ultraschallgeneratoren 13 steuern kann. Die Steuereinheit
6 ist über eine erste Steuerleitung 61 mit der Schneidevorrichtung 1, eine zweite
Steuerleitung 62 mit den Fördervorrichtungen, eine dritte Steuerleitung 63 mit den
Ultraschallgeneratoren 13 und eine vierte Steuerleitung 69 mit dem Abnahmeförderer
9 verbunden. Der Steuereinheit 6 sind über eine Tastatur 60 und von Messgeräten 68,
wie Messungsformern und Sensoren, Informationen zuführbar, mittels denen der Schneideprozess
und der Förderprozess gesteuert werden können. Mittels ersten Sensoren 68 werden beispielsweise
Informationen zu den Positionen der Nahrungsmitteleinheiten 8 ermittelt. Mittels zweiten
Sensoren 67 können weitere Prozessgrössen ermittelt werden. Vorzugsweise werden die
Temperatur und die Konsistenz der Nahrungsmittel gemessen und in Abhängigkeit davon
die Ultraschallfrequenz, die Schnittgeschwindigkeit und die Schubgeschwindigkeit eingestellt.
Zur Steuerung aller Prozesse, insbesondere der Schneidprozesse und Förderprozesse
ist ein Anwendungsprogramm vorgesehen.
[0037] Figur 2 zeigt die demontierte Schneidevorrichtung 1 von Figur 1, die zwei identisch
aufgebaute Schneidemodule umfasst, die von einer Montageplatte gehalten sind, die
Teil der Montagestruktur 5 der Vorrichtung ist. Jedes der Schneidemodule umfasst eine
Antriebseinheit 12A; 12B und eine mit der Montagestruktur 5 verbundene Lagervorrichtung
128A; 128B, welche es erlaubt, einen zugehörigen ersten bzw. zweiten Lagerblock 129A,
129B vertikal abzusenken und wieder anzuheben. An jedem Lagerblock 129A; 129B sind
je zwei Ultraschallgeneratoren 13A, 13B bzw. 13C, 13D angeordnet, welche je über ein
Kopplungselement 15 mit einem Schneidewerkzeug 11A, 11B, 11C oder 11D verbunden sind.
[0038] Die Schneidewerkzeuge 11A, ..., 11D umfassen je eine Klinge, an deren Rücken die
in einem Bogen verlaufenden Kopplungselemente 15 angeschweisst sind, wodurch die Ultraschallenergie
in die Klingen eingekoppelt werden kann.
[0039] Mit diesen Schneidewerkzeugen 11A, ..., 11D können die Nahrungsmitteleinheiten 8A,
..., 8L praktisch ohne Kraftaufwand geschnitten werden. Während des Schneidevorgangs
wirken daher praktisch keine Kräfte auf das Nahrungsmittel ein, weshalb eine maximale
Präzision erzielt wird.
[0040] Nachteilig bei der in Figur 2 vereinzelt dargestellten Schneidevorrichtung 1 ist
hingegen der voluminöse Aufbau. Die Antriebseinheiten 12A; 12B sind säulenartig ausgebaut,
um den linearen Antrieb der Schneidewerkzeuge 11A, ..., 11D zu realisieren. Die linearen
Schneidebewegungen erfordern eine entsprechende Steuerung und einen entsprechenden
Antrieb. Während der Rückbewegung der Schneidewerkzeuge 11A, ..., 11D können diese
keine Schneidearbeit ausführen, weshalb der Schneidezyklus nur zu 50 % genutzt werden
kann.
[0041] Figur 3a zeigt eine erfindungsgemässe Schneidevorrichtung 1 von der Seite. Figur
3b zeigt dieselbe Schneidevorrichtung 1 von vorn.
[0042] Die Schneidevorrichtung 1 umfasst ein Schneidewerkzeug in Form einer drehbar gelagerten
Klinge 11, die über ein Kopplungselement 15 und einen Energiewandler 14 mit einem
Ultraschallgenerator 13 verbunden ist. Das Kopplungselement 15 ist von einer Rotorwelle
bzw. Antriebswelle 18 gehalten, die innerhalb eines Gehäuses 7 mittels Lagerelementen
180 drehbar gelagert ist. Das Kopplungselement 15, welches beispielsweise ein Rechteckprofil
aufweist, ist mit einem Endstück 151 koaxial zur Antriebswelle 18 ausgerichtet und
verläuft in einem Bogen von 180°. Das zweite Endstück 152 des Kopplungselements 15
ist mit dem Klingenrücken der Klinge 11 verbunden, vorzugsweise verschweisst, und
verläuft senkrecht dazu. Das erste und das zweite Endstück 151, 152 sind in der Länge
derart ausgebildet, dass die Klinge 11 in Front des Gehäuses 7 in einer Ebene frei
drehbar ist, die senkrecht zur Antriebsachse x bzw. zur Antriebswelle 18 ausgerichtet
ist.
[0043] Die Klinge 11 kann daher in der Ebene gedreht werden, wobei die Klinge 11 innerhalb
eines Kreissegments einen Schnitt ausführt. Grundsätzlich kann die Klinge 11 während
der gesamten Umdrehung Prozessgut 8, 81, 82, 83 erfassen, welches beispielsweise auf
der Fördervorrichtung von Figur 1 zugeführt oder aus dem in Figur 3a gezeigten Extruder
90 ausgestossen wird. Der Extruder 90 ist oberhalb der Schneidevorrichtung 1 gezeigt.
Weitere Extruder 90 können unterhalb und seitlich der Schneidevorrichtung 1 angeordnet
werden. Die Schneidevorrichtung 1 kann auf der Höhe des Extruders 90 oder zwischen
mehreren Extrudern 90 und auch in Front des bzw. der Extruder 90 angeordnet werden
und diesen entgegen gerichtet sein.
[0044] Die Drehzahl der Antriebswelle 18 kann derart gewählt werden, dass Schnittstücke
810 mit einer gewünschten Länge geschnitten werden. Da die Klinge 11 stets in dieselbe
Richtung gedreht wird, muss nur wenig Energie zugeführt werden, mittels der Reibungsverluste
kompensiert werden, die insbesondere durch den Schneidvorgang verursacht werden.
[0045] Sofern die Klinge 11 beidseitig mit Schneiden 111, 112 (siehe Figur 5) versehen ist,
so wird die Klinge 11 beispielsweise für eine erste Betriebsdauer in die eine und
dann für eine zweite Betriebsdauer in die andere Richtung gedreht, so dass beide Schneiden
111, 112 gleichmässig abgenutzt werden, bzw. bis die erste und dann die zweite Schneide
111; 112 abgenutzt ist. Selbstverständlich können Schneidvorgänge auch in beide Richtungen
durchgeführt werden, wozu die Klinge 11 z.B. In der Art eines Scheibenwischers hin
und her bewegt wird.
[0046] Die Antriebswelle 18 kann direkt oder indirekt mit einer Antriebseinheit 12, beispielsweise
einem Elektromotor gekoppelt werden. In der Ausgestaltung von Figur 3a ist die Antriebswelle
18 mit einem Zahnrad 121 versehen, welches von einem Zahnriemen 122 angetrieben wird,
welcher aus dem Gehäuse 7 heraus zu einer Antriebseinheit geführt wird.
[0047] In der gezeigten Ausgestaltung sind sowohl der Ultraschallgenerator 13, als auch
der damit verbundene Energiewandler 14, der mit dem Kopplungselement 15 verbunden
ist, mit der Antriebswelle 18 verbunden.
[0048] Elektrische Energie wird der Schneidevorrichtung 1 über ein mehradriges Kabel 160
(siehe Figur 5) zugeführt, welches von einer Halterung 166 gehalten und mit Schleifkontakten
161 verbunden ist, die an Schleifringen 162 anliegen, die koaxial auf der Antriebswelle
18 sitzen. Steuersignale werden über das Kabel 160 an weitere Schleifkontakte 163
abgegeben, die an weiteren Schleifringen 164 anliegen. Die Schleifkontakte 161, 163
und die Schleifringe 162, 164 bilden eine elektrische Kopplungsvorrichtung 16, die
innerhalb eines Gehäuseteils 73 angeordnet ist.
[0049] Elektrische Energie kann der Schneidevorrichtung 1 auch auf andere Weise zugeführt
oder von dieser sogar selbst erzeugt werden, indem von der Antriebseinheit 12 zugeführte
mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Beispielsweise kann elektrische
Energie induktiv über Spulen 1600 zugeführt werden. Alternativ können innerhalb des
Gehäuses 7 Permanentmagneten 1601 angeordnet werden, deren Magnetfelder von Spulen
1600 erfasst werden, die von der Antriebswelle 18 gehalten sind. In den Spulen 1600
induzierte Spannungen werden einer Stromversorgungseinheit zugeführt, welche die zugeführten
Spannungen wandeln und/oder gleichrichten kann. Auf diese Weise kann Energie für den
Betrieb des Ultraschallgenerators 13 bereitgestellt werden. Alternativ können elektrische
Signale im Frequenzbereich des Ultraschalls durch galvanische oder induktive Kopplung
direkt dem Energiewandler 14 zugeführt werden, welcher elektrische Schwingungen in
mechanische Schwingungen wandelt.
[0050] Der Ultraschallgenerator 13 oder der Energiewandler 14 können auch mit Halbleiterschaltungen,
beispielsweise Verstärkern, und/oder einer Steuereinheit 130 verbunden werden. Die
rotierende Klinge 11 kann daher genau gleich, wie eine stationäre Klinge mit Ultraschallenergie
versorgt werden. Auch hinsichtlich der Steuerung resultieren keine Einschränkungen.
In vorzugsweisen Ausgestaltungen können Steuersignale drahtlos über eine Funkschnittstelle
600 zur Steuereinheit 130 übertragen werden. Auch Statusmeldungen der Schneidevorrichtung
1 können von der Steuereinheit 130 zurück zu einer zentralen Steuereinheit 6 übertragen
werden.
[0051] Figur 3a zeigt eine besonders vorteilhafte Ankopplung an die Klinge 11. Die Ankopplung
von Ultraschallenergie an die Klinge 11 kann jedoch auch auf andere Weise erfolgen.
Die Figuren 3a und 3b zeigen, dass das Kopplungselement 15 innerhalb der Antriebswelle
18 gehalten ist, die ihrerseits in einer Lagervorrichtung 180 gelagert ist. In Figur
3a ist gezeigt, dass zwei Lagervorrichtungen 180 vorgesehen sind, zwischen denen der
Ultraschallgenerator 13 gehalten ist. Der Ultraschallgenerator 13 sitzt beispielsweise
in Form eines Ringes auf der Antriebswelle 18. Auf dem in das Gehäuseteil 73 hineinragenden
Endstück der Antriebswelle 18 sitzen das Zahnrad 121 und die Schleifringe 162 und
164. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Ultraschallgenerator 13 in diesen Bereich
zu verschieben.
[0052] Figur 4 zeigt die Schneidevorrichtung 1 von Figur 3a in räumlicher Darstellung von
vorn. Es ist ersichtlich, dass das erste Endstück 151 des Kopplungselements 15 in
die Antriebswelle 18 hinein geführt ist, die gegebenenfalls nur von einer einzigen
Lagervorrichtung 180 gehalten ist. Auf der anderen Seite ist das etwas kürzere zweite
Endstück 152 des Kopplungselements 15 senkrecht auf die Frontfläche des Klingenrückens
110 geführt und mit diesem verbunden, vorzugsweise verschweisst. Das erste und das
zweite Endstück 151, 152 sind durch ein U-förmiges Teil 153 des Kopplungselements
15 miteinander verbunden. Das Kopplungselement weist in dieser Ausgestaltung einen
quadratischen Querschnitt auf. Auf der Rückseite der Schneidevorrichtung 1 sind die
elektrischen Anschlussleitungen 160 gezeigt, die in einer Halterung 166 gehalten sind.
[0053] Anstelle der Schneidevorrichtungen 1, die in die in den Figuren 1 und 2 gezeigte
Fördervorrichtung eingebaut sind, können daher erfindungsgemässe Schneidevorrichtungen
1 eingesetzt werden, die von der dortigen Steuereinheit 6 gesteuert werden. Es ist
ersichtlich, dass sich die Bauhöhe der Anlage dadurch wesentlich reduziert.
[0054] Figur 4 zeigt ferner Montageelemente 78, mittels denen das Gehäuseteil 73 mit dem
Gehäuseteilen 71 und 72 verbunden ist, die ihrerseits durch Montageschrauben 79 miteinander
verbunden sind.
[0055] Figur 5 zeigt die Schneidevorrichtung 1 von Figur 3a in räumlicher Darstellung von
hinten. In dieser Darstellung sind die Schleifkontakte 161, 163, Schleifringe 162,
164 und das Zahnrad 121 gut ersichtlich, welches von einem Zahnriemen 122 angetrieben
werden kann. Weiter ist in Figur 5 gezeigt, dass die Klinge 11 zwei einander gegenüberliegende
Schneiden 111, 112 aufweist und daher vorteilhaft in beide Richtungen rotiert werden
kann.
[0056] Figur 6 zeigt die Schneidevorrichtung 1 von Figur 3a in einer vorzugsweisen Ausgestaltung
mit direkter Ankopplung der Klinge 11 an eine Antriebseinheit 12 bzw. einen Elektromotor,
der in das Gehäuse 7 integriert ist. Die Motorwelle des Elektromotors 12 ist koaxial
mit der Antriebswelle 18 ausgerichtet und bildet mit dieser vorzugsweise eine Einheit.
Die Antriebswelle 18 bildet vorzugsweise mit daran gekoppelten Spulen 1600 den Rotor
eines elektrischen Generators. Das Gehäuse 7 mit Permanentmagneten 1601 bildet hingegen
den Stator des Generators. Bei der Drehung des Rotors wirken die magnetischen Felder
der Permanentmagneten 1601 auf die Spulen 1600 ein. Die auftretenden magnetischen
Wechselfelder innerhalb der Spulen 1600 induzieren Spannungen und Ströme, die in einer
Stromversorgungseinheit 1650 verarbeitet werden. Beispielsweise werden die induzierten
Wechselspannungen gleichgerichtet. Die gewandelte Energie kann in einem Akkumulator
gespeichert werden, so dass die zum Betrieb des Ultraschallgenerators erforderliche
Versorgungsspannung stets zur Verfügung steht. Mit Inbetriebnahme der Antriebseinheit
12 gelingt es somit, die rotierende Schneidevorrichtung 1 autonom zu betreiben. Wie
bereits erwähnt können Steuerungssignale 61 von einer zentralen Steuereinheit 6 auch
per Funk zur Schneidevorrichtung 1 und zurück übertragen werden.
[0057] In Figur 6 ist ferner eine andere Ausgestaltung der Klinge 11 und des Kopplungselements
15 gezeigt, welches einen Bogen eines Viertelkreises bildet. Die Schneiden 111, 112
der Klinge 11 sind achsparallel zur Antriebsachse x ausgerichtet und beschreiben während
des Schneidezyklus eine Zylinderwand.
1. Vorrichtung (1) zum Schneiden eines Prozessguts, insbesondere eines Nahrungsmittels
(8), mit wenigstens einem Schneidewerkzeug in Form einer Klinge (11), die einerseits
mit einer Antriebsvorrichtung (12) und die andererseits über ein Kopplungselement
(15) und einen Energiewandler (14) mit einem Ultraschallgenerator (13) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (15) und der Energiewandler (14), gegebenenfalls auch der Ultraschallgenerator
(13), drehbar gehalten sind, so dass die mit Ultraschallenergie beaufschlagbare Klinge
(11) drehbar ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge (11), auf einer Seite oder auf beiden Seiten eine Schneidekante (111;
112) aufweist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge (11) vom Kopplungselement (15) derart gehalten ist, dass sie in einer
Ebene drehbar ist, die senkrecht zur Antriebsachse (x) einer Antriebswelle (18) steht.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (15) bogenförmig ausgestaltet ist und vorzugsweise um 180° gebogen
und auf der Frontseite oder Rückseite mit dem Klingenkörper (110) vorzugsweise dem
Klingenrücken verbunden ist.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Klingenkörper (110) zugewandte Ende des Kopplungselements (15) senkrecht
auf dem Klingenkörper (110) steht.
6. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass des Kopplungselement (15) in der Antriebswelle (18), gegebenenfalls eine Hohlwelle,
integriert ist oder einen Teil davon bildet und/oder dass die Antriebswelle (18) in
wenigstens einer Lagervorrichtung (180) gelagert und direkt oder indirekt über Antriebselemente
(121, 122), wie Zahnräder und Zahnriemen, mit einer Antriebseinheit (12) verbunden
ist.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (18) den Energiewandler (14) oder den Energiewandler (14) und den
Ultraschallgenerator (13) sowie das mit dem Energiewandler (14) verbundene Kopplungselement
(15) hält.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ultraschallgenerator (13) oder dem Energiewandler (14) Energie und/oder Steuersignale
über eine elektrische Kopplungseinheit (16) zuführbar sind.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallgenerator (13) oder der Energiewandler (14) eine Steuereinheit (130)
umfasst, der Kommandos zur Steuerung des Ultraschallgenerators (13) oder des Energiewandlers
(14) zuführbar sind.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kopplungseinheit (16) Elemente (161, 162, 163, 164) zur galvanischen
Ankopplung und/oder Elemente (1600) zur induktiven Ankopplung aufweist.
11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidevorrichtung 1 einen Stromgenerator umfasst, mittels dessen rotorseitig
eine Versorgungsspannung erzeugt wird, wozu vorzugsweise stationär angeordnete Permanentmagnete
(1601) vorgesehen sind, deren Magnetfelder Spannungen in Spulen (1600) induzieren,
die mit der Antriebswelle (18) rotierbar sind.
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (18) und gegebenenfalls der Ultraschallgenerator (13) innerhalb
eines vorzugsweise zweiteiligen Gehäuses (7) angeordnet sind, aus dem das Kopplungselement
(15) hervor tritt.
13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse 7 direkt oder indirekt, derart mit einer Fördervorrichtung (9) oder einem
Extruder (90) verbunden ist, mittels denen Prozessgut in den Wirkungsbereich der wenigstens
einen Klinge (11) förderbar ist.
14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge (11) in die eine oder die andere Richtung rotierbar ist.
15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge (11) mit wählbarer Frequenz kontinuierlich und/oder in vorzugsweise wählbaren
Intervallen rotierbar ist.