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Die Erfindung betrifft ein Schneidmesser für Maschinen zum Aufschneiden von Lebensmittelprodukten, insbesondere für Hochgeschwindigkeitsslicer, wobei das Schneidmesser ein während des Schneidebetriebes um eine Drehachse rotierendes Sichelmesser ist, das an seinem radial äußeren Umfang eine von einer Kreisform abweichende, insbesondere nach Art einer Spirale um die Drehachse umlaufende Schneidkante aufweist, die in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Schneidebene liegt, wobei die Schneidkante das radial außen liegende Ende einer Schneidenfläche bildet, deren radial inneres Ende durch den Übergang zu einer Abwurffläche gebildet ist.
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Außerdem betrifft die Erfindung einen Hochgeschwindigkeitsslicer und ein Verfahren zum Aufschneiden von insbesondere stangenförmigen Lebensmitteln.
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Derartige Schneidmesser sind grundsätzlich bekannt. Die für den Einsatz an Slicern und insbesondere an Hochgeschwindigkeitsslicern verwendeten Messer besitzen meistens eine im weitesten Sinne schalen- oder schüsselartige Form oder entsprechende Freimachungen in Form von Taschen, d. h. auf ihrer während des Schneidbetriebs dem Produkt zugewandten Seite ist der Messerkörper gegenüber der durch die Schneidkante des Messers definierten Schneidebene zurückversetzt. Die dem Produkt beim Schneiden von der Schneidkante ausgehende zugewandte Fläche, als Freifläche bezeichnet, bildet mit der Schneidebene den Freiwinkel φ und öffnet die Messervorderseite konisch radial nach innen. Hierdurch wird erreicht, dass das Messer beim Schnitt nicht an dem auf zu schneidenden Produkt entlang reibt und Stauchungen des Produktes vermieden werden. Diese einseitige Schalen- oder Schüsselform des Messers beeinflusst während des Schneidbetriebs das Produkt selbst praktisch nicht; dem Schneidmesser ausweichen muss lediglich die gerade abgetrennte Produktscheibe, was aufgrund deren leichter Verformbarkeit jedoch unproblematisch ist.
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In der Praxis ist die Größe des sogenannten Schneidenwinkels ein wichtiger Faktor, um optimale Schneidergebnisse zu erhalten. Der Schneidenwinkel ist derjenige Winkel, der eine am radial äußeren Umfang des Schneidmessers befindliche Fläche, die im Folgenden auch als Schneidenfläche bezeichnet wird und deren radial außen liegendes Ende von der Schneidkante gebildet wird, mit der senkrecht zur Drehachse des Messers verlaufenden Schneidebene einschließt.
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Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsslicern, die Messerdrehzahlen bis zu 2400 U/min aufweisen und somit bis zu 40 Schnitte pro Sekunde ausführen, ist eine den Schnitteigenschaften des Produktes angepasste Ausführung des Schneidenwinkels unerlässlich.
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In der Praxis werden Messer mit einem konstanten Schneidenwinkel verwendet, wobei die Größe des Schneidenwinkels einen Kompromiss für das jeweilig aufzuschneidende Produkt darstellen. Dieser Kompromiss ist insbesondere auf die Doppelfunktion der Schneidenfläche zurückzuführen, zum einen ist sie zusammen mit der Schneidkante zur Bildung eines stabilen Schneidkeiles verantwortlich, zum anderen wird durch die Schneidenfläche eine Abwurfkraft in die just abgetrennte Scheibe indiziert.
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Je nach Schneidenwinkel fällt diese Kraft höher oder niedriger aus. Ein kleiner Schneidenwinkel, d.h. eine relativ flach eingestellte Schneidenfläche, ergibt schonende sanfte Schnitte mit entsprechend niedrigen Schnittkräften. Die abgetrennte Scheibe wird bei einem kleinen Schneidenwinkel jedoch deutlich weniger über die Schneidenfläche vom Messer abgeworfen, so dass die Scheibe unkontrolliert und damit unregelmäßig fällt. Das Bilden geordneter Portionen, wie zum Beispiel eine Schindel oder ein Stapel bestehend aus mehreren Scheiben, wird dadurch unmöglich oder zumindest sehr erschwert. Kleine Schneidenwinkel zusammen mit den nötigen Freiwinkeln führen zu schlanken Messerschneiden, die weniger stabil sind und damit eine kürzere Lebensdauer haben als Messerschneiden mit großen Schneidwinkeln.
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Ein großer Schneidenwinkel führt zu großen Schnittkräften, die teilweise das Produkt während des Schnittes durch Stauchungen zerstören können. Ein weiterer Nachteil großer Schneidenwinkel besteht in einer zu hohen Abwurfkraft zwischen der Schneidenfläche und einer abgetrennten Scheibe zum Abwerfen der Scheibe, da hierdurch die Reibungskraft in tangentialer Richtung zwischen Messer und Scheibe soweit ansteigen kann, dass die Scheiben unkontrolliert seitlich aus der Maschine geschleudert werden. Das seitliche Herausschleudern der Scheiben aus der Maschine wird auch durch eine in den Abmessungen zu breite Schneidenfläche oder durch eine Berührung der geschnittenen Scheibe mit der übrigen Messerrückenfläche hervorgerufen. Daher erfolgt die Dimensionierung der Breite der Schneidenfläche in einem Bereich bis zu max. 3 mm sowie einer flachen Messerrückenfläche mit einem Messerrückenwinkel von max. 15°.
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In der
DE 0 2007 040 350 A1 wird als Lösung zur Minimierung von Produktstauchungen und Optimierung der Produktablage ein Schneidmesser vorgestellt, dessen Größe des Schneidenwinkels in Umfangsrichtung variiert. Dabei wird der Schneidenwinkel für jeden Umfangsbereich des Schneidmessers auf das Verhalten der Produkte abgestimmt. So wird insbesondere der Eintauchprozess des Messers ins Produkt mit einem anderen Schneidenwinkel bedacht als z.B. das darauf folgende Durchschneiden des Produktes. So vorteilhaft diese Erfindung für einige spezielle Produkte sein mag, weist sie doch erhebliche Nachteile auf. Durch das Variieren des Schneidenwinkels variiert auch die Steifigkeit und Festigkeit der Messerschneide. Dies hat insbesondere bei harten z.B. tiefgefrorenen Produkten wie auch bei Produkten mit einer harten Außenschale den Nachteil, dass die Schneidkante sehr schnell ausbrechen und die Schneidfähigkeit des Schneidmessers nach wenigen Arbeitszyklen verloren gehen kann.
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Schneidmesser werden häufig einmal pro Produktionsschicht mittels Nachschliff der Schneidenfläche nachgeschärft. Aus logistischen Gründen erfolgt daher dieser Nachschliff durch die Betreiber der Hochleistungsslicer selbst. Hierzu steht eine Vielzahl von einfach aufgebauten Messerschleifmaschinen am Markt zur Verfügung. Der Schneidenwinkel wird in diesen Maschinen fest eingestellt und bis auf einige Ungenauigkeiten wird die Schneidenfläche reproduzierbar am gesamten Schneidmesserumfang mit diesem konstanten Schneidenwinkel nachgeschärft. Schleifmaschinen, die eine variable Größe des Schneidenwinkels am Umfang von Sichelmessern nachschärfen können, sind um ein Vielfaches aufwändiger und kostenintensiv, da sie in der Regel über computergesteuerte Antriebs- und Stellachsen verfügen müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schneidmesser, einen Hochgeschwindigkeitsslicer und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, so dass einerseits allen produkt- bzw. anwendungsspezifischen Gegebenheiten Rechnung getragen werden kann und andererseits die Nachteile einer geschwächten Schneidkante und ein aufwändiges Equipment zum Nachschärfen des Messers vermieden werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Schneidmesser der eingangs genannten Art dadurch, dass
die Abwurffläche mit der Schneidebene Abwurfwinkel einschließt, die in Umfangsrichtung der Schneidkante variieren.
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Durch die erfindungsgemäß getrennte Zuordnung der Funktion Schneiden zur Schneidenfläche und der Funktion Abwerfen zur Abwurffläche kann jede der Flächen optimal zur Funktionserfüllung gestaltet werden, während gemäß dem Stand der Technik Kompromisse zwischen beiden Funktionen durch eine Fläche eingegangen werden müssen. Durch einen stumpfen, das heißt großen Schneidenwinkel wird die Schnitthaltigkeit des Messers über einen deutlich größeren Arbeitszeitraum sichergestellt. Es war für den Fachmann überraschend, dass die in Patentschrift
DE 0 2007 040 350 A1 genannten Nachteile stumpfer Schneidenwinkel - sogenannte Stauchungen - durch eine sanftere Messerkontur insbesondere einer niedrigeren Steigung der Spirale vollständig egalisiert werden konnten.
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Die Gestaltung der Abwurffläche erfolgt besonders vorteilhaft mit veränderlichen Abwurfwinkeln, da über dem durch die Spiralform bedingt anwachsendem Messerradius die Tangentialgeschwindigkeit eine Veränderliche darstellt. Ist zum Beispiel der Abwurfwinkel im Bereich des Anschnittes zu groß, so eilt das Oberteil der Scheibe voraus und rollt kopfüber ein. Umgekehrt klappt die Scheibe bei zu kleinem Abwurfwinkel nach hinten um.
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Dabei kann der Übergang zwischen der Schneidenfläche der Abwurffläche durch eine Übergangskante, so dass die Schneidenfläche und die Abwurffläche unmittelbar aneinander angrenzen, oder durch eine Übergangsfläche zwischen der Schneidenfläche und der Abwurffläche ausgebildet sein.
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Mit Blick auf das oben erläuterte Nachschleifen ist es günstig, wenn die Schneidenfläche mit der Schneidebene einen konstanten Schneidenwinkel einschließt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schneidenfläche und die Abwurffläche auf einer während des Schneidbetriebs von einem aufzuschneidenden Produkt abgewandten Messerrückseite angeordnet sind.
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Vorzugsweise ist die Breite der Abwurffläche auf ca. 5 mm begrenzt und beträgt insbesondere zwischen 0,5 mm und 5 mm, da sonst durch zu große Reibungskräfte, die Scheiben seitlich aus der Maschine geschleudert werden können.
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Als besonders vorteilhaft hat sich die Beschichtung der Abwurffläche mit einer Antihaft- oder Gleitbeschichtung aus Kunststoff, insbesondere aus PTFE, erwiesen. Hierdurch werden die Reibungskräfte und damit die in Drehrichtung des Messers auf die Produktscheiben aufgebrachten Tangentialkräfte minimiert. Aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung des Messers wird insbesondere beim Nachschärfen des Messers nur die Schneidenfläche nachgeschliffen, während die reibungsminimierte Abwurffläche und deren Beschichtung in ihren Eigenschaften unverändert bleibt.
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Die Abwurffläche kann mit Noppen und/oder Kullen und/oder Rillen versehen sein. Kullen und/oder Noppen dienen der Verringerung der Reibung zwischen abgetrennter Scheibe und Abwurffläche. Durch eine abgestimmte spezielle Ausrichtung von Rillen in Winkeln abweichend zur jeweiligen Normalen der Schneidkante nennenswerte Radialkräfte auf die abzuwerfende Scheibe erzielt werden können. Mittels dieser Radialkräfte lässt sich das Ablegeverhalten der Scheiben nochmals günstig beeinflussen.
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Die oben angegebene Aufgabe wird bei einem Hochgeschwindigkeitsslicer und einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein Schneidmesser mit einigen oder allen der oben erläuterten Merkmale vorgesehen ist bzw. verwendet wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Ansicht der Messerrückseite des erfindungsgemäßen Schneidmessers;
- 2 eine Querschnittansicht des erfindungsgemäßen Schneidmessers;
- 3 einen Teilquerschnitt des erfindungsgemäßen Schneidmessers zusammen mit dem zu schneidenden Produkt und der Schneidleiste in starker Vergrößerung;
- 4 einen Ausschnitt der Rückseite des erfindungsgemäßen Schneidmessers mit rillierter Abwurffläche.
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Das in 1 dargestellte erfindungsgemäße Schneidmesser ist als Sichelmesser ausgebildet und umfasst eine spiralartig um eine Drehachse 1 umlaufende Schneidkante 2 die sich etwa über einen Winkelbereich von 270° erstreckt und in einer senkrecht zur Drehachse 1 verlaufenden Schneidebene 3 liegt. Der Abstand der Schneidkante 2 von der Drehachse 1, d.h. der Radius R des Schneidmessers, nimmt kontinuierlich mit dem Messerwinkel µ zu, und zwar entgegen einer Drehrichtung T, in der das Schneidmesser während des Schneidbetriebs um die Drehachse 1 rotiert. Das erfindungsgemäße Schneidmesser ist zum Einsatz an einem Hochgeschwindigkeitsslicer bestimmt, der nicht eigens gezeigt ist. Dieser Hochgeschwindigkeitsslicer sind mit einem Rotor versehen, der eine die Drehachse 1 festlegende Antriebswelle nebst Lagerung für das Schneidmesser aufweist. Zur zentrischen Aufnahme des Schneidmessers am Rotor sind der in 1 dargestellte Messerfreiraum 8 sowie die Messerbefestigungsbohrungen 9 vorgesehen. Die Schneide derartiger Sichelmesser ist durch die Schneidkante 2 und eine Schneidenfläche 4 gebildet und durchläuft bei jeder Umdrehung einen in 1 unterhalb des Messers dargestellten Schneidbereich S und trennt dabei von jedem in diesem Schneidbereich S befindlichen Produkt eine Scheibe ab. Das in Drehrichtung T rotierende Schneidmesser taucht dabei zunächst mit einem Anschnittbereich A und dem kleinsten Radius R in den Schneidbereich S ein. Das endgültige Abtrennen erfolgt mit dem Austritt des Schneidmessers aus dem Schneidbereich S in einem Abschnittbereich B, der bei dem größten Radius R liegt. Die Spiralform des Messers wird durch den Messerradius R in jeweiliger Winkelposition zum Messerwinkel µ in Polarkoordinaten beschrieben.
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Steigt der Messerradius R stark über einem vergleichsweise kleinem Winkelbereich an, so ist die Messersteigung groß und das Messer „hackt“ das Produkt ab. Ist der Gradient des Messerradius R über einem Bereich des Messerwinkels µ dagegen klein, so erfolgt ein sanfter der Schnitt. Sowohl die Schneidenfläche 4 als auch eine Abwurffläche 5 verlaufen annähernd parallel zur Schneidkante 2. Auch eine spiralförmige Messerrückenfläche 6 ist radial nach außen durch eine parallel zur Schneidkante 2 verlaufende Kontur begrenzt.
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In 2 ist ein Schnitt des erfindungsgemäßen Sichelmessers, das um Drehachse 1 rotiert, gezeigt. Die Schneidkante 2 liegt in der Schneidebene 3, die senkrecht auf die Drehachse 1 steht. Die Schneidenfläche 4 erstreckt sich von der Schneidkante 2 über die Breite w im Schneidenwinkel α zur Schneidebene 3. Die Schneidenfläche 4 bildet zusammen mit einer Freifläche 7, die im Freiwinkel ϕ gegenüber der Schneidebene 3 liegt, den Schneidkeil. Insbesondere durch die Freifläche 7 ist das Messer auf der Vorderseite D hohl und reibt damit beim Schnitt nicht am Produkt. Im Anschluss an die Schneidenfläche 4 folgt radial nach innen die Abwurffläche 5. Die Abwurffläche 5 ist im über dem Umfang des Schneidmessers variablen Winkel β gegenüber der Schneidebene 3 angeordnet und erststreckt sich über die Breite b bis zur Messerrückenfläche 6. Die Messerrückenfläche 6 ist mit dem Winkel δ zur Schneidebene 3 angeordnet und bildet den Übergang zum scheibenförmigen Grundkörper des Messers. Damit die Messerrückenfläche 6 niemals die abgetrennte Scheibe berührt, muss der Messerrückenwinkel δ deutlich kleiner als der Abwurfwinkel β gestaltet werden.
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3 verdeutlicht die Funktionen der Schneidenfläche 4 und der Abwurffläche 5 anhand eines Teilschnittes des Schneidmessers, des Produkts 10 und einer Schneidleiste 12. Durch die Rotation um die Drehachse 1 bewegt sich der durch Schneidenfläche 4 und Freifläche 7 gebildete Schneidkeil in der Projektion 3 nach unten durch das Produkt 10. Dabei entsteht die abzutrennende Produktscheibe 11. Die feststehende Schneidleiste 12 unterstützt das Produkt 10 gegen Gewichts- und Schnittkräfte und bildet die Gegenschneide zum Schneidmesser. Der Schnitt des Produktes erfolgt durch die Schneidkante 2 und die Schneidenfläche 4. Durch die Schneidenfläche 4 entsteht ein Verdrängungseffekt auf die entstehende Produktscheibe 11, diese fließt jedoch aufgrund des Schnittdruckes, der Produktelastizität und Massenträgheit um die Schneidenfläche 4 herum und verharrt auf der Messerrückseite C. Durch die Berührung des abgetrennten Materials mit der Abwurffläche 5 wird dieses axial zur Drehachse 1 vom Messer weg beschleunigt. Die Beschleunigungskräfte hängen dabei in erster Linie vom Abwurfwinkel β der Abwurffläche 5 und der Schnittgeschwindigkeit des Schneidmessers ab. In 3 ist ein leichtes Vorauseilen des oberen Bereiches der Produktscheibe 11 dargestellt. Ist dieser Effekt zu groß, rollt sich die Produktscheibe auf einem darunterliegenden Transportband ein und es entstehen unbrauchbare Portionsbilder. Durch Veränderung des Abwurfwinkels β über dem Messerumfang können die Beschleunigungskräfte für das jeweilige Produkt optimal definiert werden.
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In 4 ist eine besondere Ausgestaltungsform der Abwurffläche 5 dargestellt. Neben dem variablen Abwurfwinkel β dienen weitere Gestaltungselemente der Abwurffläche 5 einer optimalen Scheibenablage und Portionsbildung bei Hochgeschwindigkeitsslicern. Durch die Einbringung von Rillen 13 in die Abwurffläche 5 können neben besseren Ablöse- und damit Reibungsverhältnissen Tangentialkräfte Ft und Radialkräfte Fr auf die Produktscheibe ausgeübt werden. Die Rillen werden sehr fein, zum Beispiel 0,3 mm tief, halbrund oder prismatisch durch Schleifen in die Abwurffläche 5 eingebracht. Die Kanten der jeweiligen Rillen 13 üben Normalkräfte Fn über Reibung auf die Produktscheiben 11 aus. Sind die Rillen 13 in einem Rillenwinkel r gegenüber der Normalen N zur Schneidkante angeordnet, so entstehen Normalkräfte Fn mit radialen Anteilen Fr, die das Ablageverhalten der Produktscheiben 11 stabilisieren. Schädliche Tangentialkräfte Ft werden durch Erhöhung des Rillenwinkels r dagegen reduziert. Der beschriebene Effekt ist überraschend hoch und hängt von Reibungskoeffizienten des Produktes gegenüber der Abwurffläche des Messers ab.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 02007040350 A1 [0009, 0013]
