Spiralförmiges Schneidmesser

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Schneidmesser, insbesondere ein Schneidmesser für eine Lebensmittel aufschneidende Schneidmaschine, wobei das Schneidmesser drehbar um einen Drehpunkt lagerbar ist und die am Rand des Schneidmessers angeordnete Schneidkante spiralförmig ausgebildet ist, wobei die Schneidkante zumindest abschnittsweise in Polarkoordinaten formuliert folgendem funktionalen Zusammenhang folgt: r = f (α). Hierbei beschreibt r den Abstand der Schneidkante vom Drehpunkt, α beschreibt den angulären Abstand bezüglich einer Null-Linie, also einen Winkel, und f beschreibt eine beliebige mathematische nichtlineare Funktion.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Schneidmesser, insbesondere ein Schneidmesser für eine Lebensmittel aufschneidende Schneidmaschine, wobei das Schneidmesser drehbar um einen Drehpunkt lagerbar ist und die am Rand des Schneidmessers angeordnete Schneidkante spiralförmig ausgebildet ist, wobei die Schneidkante zumindest abschnittsweise in Polarkoordinaten formuliert folgendem funktionalen Zusammenhang folgt: r = f (α). Hierbei beschreibt r den Abstand der Schneidkante vom Drehpunkt, α beschreibt den angulären Abstand bezüglich einer Null-Linie, also einen Winkel, und f beschreibt eine beliebige mathematische Funktion.

[0002] Vorgenannte Schneidmesser werden bei Schneidmaschinen, die zum Aufschneiden von Lebensmittelsträngen wie Stangenwürste oder Käselaibe vorgesehen sind, eingesetzt. In solchen Schneidmaschinen werden zum Beispiel industriell gefertigte Würste oder Lebensmittelstränge (mit beachtlichem Gewicht und beachtlicher Länge) im industriellen Maßstab aufgeschnitten. Bekannte Maschinen erreichen zwischen 600 und 1.000 Schnitte pro Minute.

[0003] Für das Abtrennen der Produktscheibe vom Produktlaib sind zwei Konzepte bekannt. Bei dem ersten wird das scheibenartige Schneidmesser auf einen planetenartigen Rotor gesetzt, der periodisch umläuft und den Produktlaib regelmäßig für einen Vorschub freigibt. Da der Aufbau des Messerantriebes verhältnismäßig aufwendig ist, ist auch der Einsatz von spiralförmigen Schneidmessern bekannt. Der Vorteil bei spiralförmigen Schneidmessern liegt dabei darin, daß, bei entsprechender Ausgestaltung des Schneidmessers, ein Wegbewegen des Schneidmessers vom Produkt zu dessen Vortransport nicht durchgeführt werden muß. Hierzu ist am Schneidmesser durch die Spiralform ein entsprechender Absatz vorgesehen, der dazu verwendet wird, im richtigen Moment das Produkt entsprechend vorzubewegen. Es ist klar, daß durch die Verwendung der Spiralmesser der aufwendige planetenartige Antrieb eingespart werden kann.

[0004] Bei den bekannten Spiralmessern wird die Schneidkante gemäß einer archimedischen Spirale geführt. Zwischen dem Abstand r der Schneidkante zum Drehpunkt und dem angulären Abstand α (dem Winkel) besteht, in Polarkoordinaten ausgedrückt, ein linearer Zusammenhang wie folgt:

[0005] Der Einsatz der gemäß einer archimedischen Spirale folgenden Spiralmesser ist aber bei Hochleistungsschneidmaschinen nicht optimal. Bei Hochleistungsschneidmaschinen wird angestrebt, mindestens 1000 Schnitte pro Minute zu erzeugen.

[0006] Bei dem Abtrennen der Produktscheibe von dem Produktlaib sind dabei zwei verschiedene, rechtwinklig (oder orthogonal) zueinander angeordnete Kraftkomponenten, zu berücksichtigen. Beim ziehenden Schnitt bewegt sich das Schneidmesser parallel zur Produktoberfläche, beziehungsweise es wird damit die Kraftkomponente beschrieben, die tangential am Schneidmesser besteht.

[0007] Hierzu rechtwinklig angeordnet ist die Kraftkomponente des drückenden Schnittes, die bezüglich des Kreismessers radial und bezüglich des Produktes rechtwinklig zur Oberfläche wirkt.

[0008] Nun ergibt es sich, daß bei dem Einsatz der bekannten Schneidmesser in Hochleistungsschneidemaschinen die Rotationsgeschwindigkeit des Spiralmessers entsprechend erhöht werden muß. Dies führt dazu, daß die Kraftkomponente des drückenden Schnittes so groß ist, daß kein sauberer Schnitt mehr erfolgt, sondern die Scheibe regelrecht vom Laib abgehackt wird.

[0009] Vorgenannte Schneidmaschinen sind zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift 195 14 407, der deutschen Patentschrift 38 33 596 sowie in dem deutschen Gebrauchsmuster 91 16 036 beschrieben.

[0010] Das deutsche Gebrauchsmuster 91 16 036 beschreibt dabei eine als archimedische Spirale ausgebildetes Schneidmesser, welches in Drehrichtung hinterem Bereich zusätzlich mit Schneidzähnen ausgestattet ist. Eine solche Ausgestaltung des Schneidmessers ist verhältnismäßig aufwendig, wobei auch zu beachten ist, daß die Schneidfläche der einzelnen Zähne dann unter unterschiedlichen Schneidwinkeln auf das Schneidgut einwirken und so unter Umständen Kraftkomponenten erzwingen, die zu einem unsauberen Schnitt führen.

[0011] Die deutsche Offenlegungsschrift 195 14 407 wie auch die Patentschrift 38 33 596 unterteilen ein spiralförmiges Schneidmesser in mehrere Sektoren, mit archimedischer Spirale, deren jeweilige Ausgestaltung in den verschiedenen Sektoren unterschiedlich sind. Auch hiermit soll das Schneidergebnis verbessert werden, wenngleich bei dem unstetigen Übergang zwischen den Sektoren (deutsche Offenlegungsschrift 195 14 407) ebenfalls mit Beeinträchtigungen des Schneidergebnisses zu rechnen ist. Die deutsche Patentschrift 38 33 596 erhöht im mittleren Sektor massiv die Radienzunahme gegenüber den beiden äußeren Bereichen, was zu einer entsprechenden Verstellung des relativen Schneidwinkels führt und ebenfalls bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit des Schneidmessers die Schneidgeschwindigkeit und die Druckkraft erhöht und so zu z. B. ausgerissenen Scheiben oder Fehlschneidungen im Schneidgut führen kann.

[0012] Bei den bekannten scheibenartigen Kreismessern bestand zusätzlich zu der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors, welcher ja die Schneidwirkung bestimmt, auch die Möglichkeit, die Rotationsgeschwindigkeit des Kreismessers selbst zu erhöhen und damit die Kraftkomponenten des ziehenden Schrittes entsprechend zu erhöhen und so auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten beziehungsweise hohen Leistungen der Maschine zu sauber abgetrennten Scheiben zu gelangen.

[0013] Die vorliegende Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, ein Schneidmesser wie eingangs beschrieben dahingehend zu verbessern, daß dieses auch für den Einsatz bei hohen Drehzahlen zu brauchbaren Schnitten führt.

[0014] Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß anstelle des bekannten linearen Zusammenhanges zwischen dem Winkel α und dem Abstand r der Schneidkante zum Drehpunkt eine nichtlineare Funktion gewählt wird. Es wird daher vorgeschlagen, die mathematische Funktion, die zwischen dem Abstand r und dem Winkel α besteht, so auszubilden, daß der Grad des die Funktion beschreibenden Polynoms ungleich 1 ist. Es ist daher möglich, zum Beispiel einen quadratischen oder höheren funktionalen Zusammenhang zu wählen. Es ist aber auch möglich, einen Zusammenhang zu wählen, dessen Polynomgrad kleiner als 1 ist, zum Beispiel r ≈ √α. Beim Abweichen von der klassischen archimedischen Spiralform ist dabei gefunden worden, daß dadurch der Anstellwinkel des Schneidmessers beim Eintauchen in das Produktgut derart verändert wird, daß die Komponente des ziehenden Schnittes gegenüber der Komponente des drückenden Schnittes erhöht wird und so, auch bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, ein sauberer Schnitt erfolgt.

[0015] In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schneidkante innerhalb einer archimedischen Spiralkontur angeordnet ist, wobei folgender mathematischer Zusammenhang gelten soll:

[0016] Dabei soll k der Steigungsfaktor und a der Radius bei α = 0° sein.

[0017] Bei einem einer bekannten archimedischen Spirale folgenden Schneidmesser ist eine konstante Steigung über den Winkel vorgesehen. Dies führt zu unterschiedlichem Steigungswinkel am Umfang und zum anderen zu verhältnismäßig großem Steigungswinkel am Anfang der Spirale und daraus resultierend zu verhältnismäßig großen Kraftkomponenten des drückenden Schnittes. Das bedeutet, daß der Hackeffekt gerade am Anfang des Messers verhältnismäßig hoch ist, wobei insbesondere beim Eintauchen des Messers in das Produkt zu Anfang noch keine Kerbwirkung des bereits abgetrennten Scheibenteils im Produkt ausgenützt werden kann, um das Abschneiden des Produktes zu erleichtern. Durch die vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung derart, daß die Schneidkante innerhalb einer archimedischen Spirale folgt, (bei gleichem Anfangsradius) wird der Anteil am drückenden Schnitt zu Anfang deutlich abgesenkt, wodurch die Hackwirkung prinzipiell reduziert wird und insbesondere auch am Anfang des Schneidens ein sauberer Einstich des Messers in das aufzuschneidende Gut erfolgt.

[0018] Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der funktionale Zusammenhang r = f (α) in einem Intervall von α mit den Untergrenzen von 0° bis 100° und der oberen Grenze von 245° bis 345° besteht. Es ist vorgesehen, daß das erfindungsgemäße Schneidmesser nicht nur an einer statisch orientierten Antriebswelle betrieben wird, sondern auch auf einem Rotor umlaufend eingesetzt wird. Ähnlich wie bei dem bekannten Kreismesserscheiben wird dann die Rotorbewegung ausgenützt, um zum Zeitpunkt der Freigabe des Produktes das Produkt wieder vorzuschieben. Je nachdem wie das Schneidmesser eingesetzt wird, wird ein kleineres oder größeres Intervall für den funktionalen Zusammenhang - wie beschrieben - vorgesehen. Bei der bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der funktionale Zusammenhang bei 0° beginnt.

[0019] Die Obergrenze kann dabei zwischen 245° und 345° liegen. Es ist aber auch bekannt, den funktionalen Zusammenhang nach einem gewissen Winkel, in welchem ein anderer Zusammenhang gewählt wird (zum Beispiel mit konstantem Radius) zu beginnen. Bevorzugt wird als Obergrenze für diesen Intervall 300° angenommen, wobei sich dann ein Bereich von 60° ergibt, in welchem das Produkt freigegeben wird, um dieses zu fördern.

[0020] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der funktionale Zusammenhang r = f (α) so gewählt ist, daß der Kraftanteil von ziehendem und drückendem Schnitt über die wirksame Schneidkantenlänge in einem konstanten Verhältnis steht. Dieses Verhältnis besteht insbesondere beim Eintauchen des Messers in das Schneidgut, wobei die Verhältnisse dabei so gewählt sind, daß eben keine Hackwirkung auftritt. In einer bevorzugten Ausgestaltung hierbei ist vorgesehen, daß der ziehende und drückende Kraftanteil des Schnittes gleich groß und das Verhältnis somit 1 ist.

[0021] Durch die Konstanz des Kräfteverhältnisses längs der wirksamen Schneidkantenlänge wird die Produktscheibe mit immer gleichbleibenden Parametern abgetrennt und es müssen keine sich verändernden Randbedingungen während des Schnittes beachtet werden.

[0022] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist gefunden worden, daß es günstig ist, wenn der funktionale Zusammenhang r = f (α) so gewählt ist, daß der Kraftanteil des ziehenden Schnittes größer ist als der Kraftanteil des drückenden Schnittes. Durch eine solche Ausgestaltung wird erreicht, daß der für den Schneidvorgang günstigere ziehende Schnitt beim Schneiden überwiegt und dadurch die unerwünschte Hackbewegung durch Abhacken der Scheibe vom Schneidgut vermieden beziehungsweise verringert wird.

[0023] In einer weiteren Entwicklung der Erfindung ist vorgesehen, daß der funktionale Zusammenhang r = f (α) aus mehreren aneinanderstoßenden Teilfunktionen g_i zusammengesetzt ist. Diese kann mathematisch wie folgt beschrieben werden:

[0024] Dabei ist es möglich, daß diese Teilfunktionen an ihren Grenzen β_i,k,... unstetig einander anstoßen, wobei die Unstetigkeit zum Beispiel zu einem sichtbaren Knick oder Absatz am Schneidmesser führen kann oder aber, daß die Unstetigkeit zum Beispiel in einer punktuellen Abänderung des Steigungswinkels am Umfang führt (was gleichbedeutend ist mit einer Unstetigkeit in einer Ableitung dr/dα).

[0025] Günstig ist es dabei aber, wenn darauf geachtet wird, daß der Übergang an den Grenzen zwischen zwei Teilfunktionen stetig ausgefüllt ist, um dadurch keine unerwünschten Ausriße oder Schnitzelbildungen im Schneidgut zu erzeugen. Die bevorzugte Ausgestaltung hängt dabei natürlich von der Rotationsgeschwindigkeit bzw. den genauen Bedingungen im Übergangsbereich ab.

[0026] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kontur einer logarithmischen Spirale folgt und der funktionale Zusammenhang im wesentlichen lautet:

[0027] Die Verwendung einer logarithmischen Spirale für die Spiralform des Schneidmessers hat den Vorteil, daß längs des Umfanges ein konstanter Steigungswinkel besteht. Es folgt daraus ein konstantes Verhältnis zwischen drückendem und ziehendem Schnitt, wodurch der Schneidvorgang deutlich besser beherrschbar wird. Im Gegensatz zu einer arithmetischen Spirale wird durch die logarithmische Spirale zwar am Ende der Spirale (ca. bei 270° bis 345°) ein größerer Steigungswinkel angeboten, jedoch wirkt es sich hier günstig aus, daß das in das Schneidgut eingetauchte Schneidmesser bereits eine Kerbwirkung im Schneidgut bewirkt und daher ein größerer Schneidwinkel in einer Rotation gesehenen späteren Winkelsegment nicht zu einer ungewünschten Hackbewegung führt. Gleichzeitig wird das Hacken beim Eintauchen des Messers in das Produkt durch den niedrigeren Steigungswinkel beim Eintauchen des Messers in das Schneidgut ebenfalls unterdrückt. Bei dieser Ausgestaltung werden also gleichzeitig zwei sich gegenseitig ergänzende, positive Eigenschaften erreicht.

[0028] In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die nichtlineare Funktion keine Cosimusspirale der Form

folgt. Bei dieser Cosimusspirale sind die Kraftanteile des drückenden Schnittes deutlich größer wie die Kraftanteile des ziehenden Schnittes, woraus sich beim Eindringen des Messers in das Schneidgut wie auch bei entsprechenden Erhöhung des Kraftanteils des drückenden Schnittes während des Eingriffes des Schneidmessers in das Schneidgut unter Umständen unerwünschte Hackbildungen bzw. Ausriße im Schneidgut ergeben können. Hierbei soll auch ein abschnittsweiser Einsatz der Cosimusspirale nicht vorgesehen werden.

[0029] Die Erfindung bezieht sich hierbei nicht nur auf die vorteilhafte Ausgestaltung des Schneidmessers, sondern sie beschreibt auch eine Aufschneidmaschine (handelsüblich als "Slicer" bekannt) mit einem Schneidmesser wie eingangs beschrieben. Die entweder auf einer statisch gelagerten Antriebswelle oder auf einer sich bewegenden Antriebswelle, einem Rotor, der - wie auch bekannt - zum Beispiel auf einem planetenartigen Antrieb sitz. In Draufsicht gesehen bildet die Welle auch den Drehpunkt des Messers. Der am spiralförmigen Messerumfang bestehende Absatz kann dabei dazu verwendet werden, das Produkt in dem Zeitsegment vorzuschieben, wo der Absatz das Produkt freigibt. Alternativ hierzu wird hierzu die Rotationsbewegung des Rotors verwendet. Es hat sich ergeben, daß eine erfindungsgemäße Schneidmaschine, die mit dem beschriebenen ausgestatteten Schneidmesser ausgestattet ist, sehr gute Schneidergebnisse bei Hochgeschwindigkeitsschneidmaschinen (ab 1500 Umdrehungen = 1500 Schnitte pro Minute) erreicht. Das aufzuschneidende Produkt (zum Beispiel Wurst- oder Käselaib) liegt auf einer, gegebenenfalls auch geneigten, Auflagefläche auf.

[0030] Es ist eine Vorschubvorrichtung vorgesehen, die für den rechtzeitigen Vorschub des Schneidgutes in Richtung Schneidmesser sorgt.

[0031] Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.

[0032] Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

[0033] Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.

Ansprüche

1. Schneidmesser, insbesondere für eine Lebensmittel aufschneidende Schneidmaschine, wobei das Schneidmesser drehbar um einen Drehpunkt lagerbar ist und die am Rand des Schneidmessers angeordnete Schneidkante spiralförmig ausgebildet ist, wobei die Schneidkante zumindest abschnittsweise in Polarkoordinaten formuliert folgendem funktionalen Zusammenhang folgt:

mit

r :   Abstand der Schneidkante vom Drehpunkt

α :   Angulärer Abstand bezüglich einer Null-Linie (Winkel)

f :   Mathematische Funktion,

dadurch gekennzeichnet, daß f (α) eine nichtlineare Funktion ist.

2. Schneidmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß die Schneidkante innerhalb einer archimedischen Spiralkontur angeordnet ist, wobei

gilt mit

k :   Steigungsfaktor und

a :   Radius bei α = 0.

3. Schneidmesser nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der funktionale Zusammenhang r = f (α) in einem Intervall von α mit der Untergrenze von 0° bis 100°, bevorzugt 0° und einer Obergrenze von 245° bis 345°, bevorzugt 300°, besteht.

4. Schneidmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der funktionale Zusammenhang r = f (α) so gewählt ist, daß der Kraftanteil vom ziehenden und drückenden Schnitt des Schneidmessers über die wirksame Schneidkantenlänge in einem konstanten Verhältnis ist und insbesondere dieses Verhältnis gleich 1 ist.

5. Schneidmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der funktionale Zusammenhang r = f (α) so gewählt ist, daß der Kraftanteil des ziehenden Schnittes größer ist als der Kraftanteil des drückenden Schnittes.

6. Schneidmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der funktionale Zusammenhang aus mehreren Teilfunktionen g_i wie folgt

zusammengesetzt ist, die an ihren Grenzen β_i,k,... auch unstetig aneinanderstoßen.

7. Schneidmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkontur einer logarithmischen Spirale folgt und der funktionale Zusammenhang im Wesentlichen

lautet.

8. Schneidmaschine, nach einem oder mehreren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Funktion keine Cosimusspirale der Form

beschreibt.

9. Schneidmaschine, insbesondere Hochleistungsscheidmaschine mit einer Leistung von 600 bis 2000 Schnitte pro Minute, bevorzugt von ca. 1500 Schnitte pro Minute, mit einem Schneidmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das aufzuschneidende Gut, zum Beispiel ein Lebensmittelstrang wie eine Stangenwurst, ein Käselaib oder ein sonstiges Lebensmittel auf eine Produktauflage aufliegt und gegen das Schneidmesser gefördert wird, welches von dem Lebensmittelstrang Scheiben abtrennt,

10. Schneidmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidmaschine eine Welle aufweist, welche den Drehpunkt des Schneidmessers bildet, und die Welle ortsfest ausgebildet ist oder beweglich, zum Beispiel in einem Rotor gelagert ist.