EP0897330A1 - Keramische klinge - Google Patents

Keramische klinge

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EP0897330A1 EP97924879A EP97924879A EP0897330A1 EP 0897330 A1 EP0897330 A1 EP 0897330A1 EP 97924879 A EP97924879 A EP 97924879A EP 97924879 A EP97924879 A EP 97924879A EP 0897330 A1 EP0897330 A1 EP 0897330A1
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    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26B—HAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B26B9/00—Blades for hand knives

Definitions

  • the invention relates to a ceramic blade of a cutting tool, in particular a knife, according to the preamble of claim 1.
  • blades made of steel have been available as blades of a cutting tool, in particular a knife. They have a cutting edge which merges into two side surfaces and have an upper edge running opposite the cutting edge. Furthermore, there are usually fastening means in the form of tabs or the like, with which fastening to a handle or handle is possible. In the case of pocket knives, a hole is provided which is penetrated by a position bolt anchored in the handle, so that the blade can be folded.
  • the upper edge of the blade is designed as a flat surface and is kept relatively wide so that force can be exerted from above via the index finger or by placing the user's palm on the hand and the cutting edge can be pressed into and / or pulled through the material to be cut.
  • the transition to the side surfaces is sharp.
  • Cutting tools in the form of knives the blades of which are made of a ceramic mix material exist. Compared to the initially-described ⁇ nen steel blades these have the advantage of higher wear resistance, which is reflected in a much longer service life. Regrinding or resharpening is not necessary under normal use.
  • these ceramic blades do not differ from conventional steel blades, the shape of which has been retained unchanged.
  • the invention was therefore based on the object of further developing a ceramic blade of the type mentioned at the outset in such a way that it no longer has the disadvantages described. In particular, it should be ensured that it is largely insensitive to bending stresses and thus premature failure due to bending fracture is largely avoided.
  • the invention is based on the idea of the top edge of the blade to be rounded off to the side surfaces. Contrary to the usual approach of reducing the risk of bending breakage by increasing the thickness of the blade, it surprisingly turned out that even comparatively small radii are sufficient to significantly reduce the risk of bending breakage while the thickness remains the same.
  • the effect is likely to be based essentially on the fact that when the blade is sintered, stresses which are unavoidable in the previous sharp-edged design can be considerably reduced. These stresses are responsible for the crack formation found in the case of bending stresses.
  • the edge breaking strength of the blade is significantly increased.
  • the improvement in breaking strength is already achieved with radii that are larger than 0.3 to 0.5 mm.
  • blade widths 1.5 to 4.5 mm, a large, level section remains in the area of the upper edge.
  • oxide ceramics ⁇ example, aluminum oxide (Al 2 0 3) or zirconium oxide (Zr0 2).
  • Aluminum oxide in particular with a high degree of purity (for example higher than 95%), results in a particularly high wear resistance.
  • zirconium oxide is less wear-resistant, but gives the blade a very high degree of elasticity.
  • the invention is explained below with reference to the embodiment shown in the figure.
  • the single figure shows the ceramic blade according to the invention in cross section with differently shaped contours of the upper edge.
  • the blade 1 has a cutting edge 10, which represents the lower intersection of two opposite side surfaces 14, 16.
  • the side surfaces 14, 16 run essentially parallel upwards and each transition into an upper edge 12 connecting the two side surfaces 14, 16.
  • the figure shows four different variants (contour profiles A, B, C, D).
  • contour course A largely corresponds to the previous appearance of such blades, with the difference that a radius 18 is formed on the transition from the upper edge 12 to the respective side surfaces 14, 16.
  • the radius is chosen to be very small, so that the upper edge 12 is still largely flat (and runs horizontally in the exemplary embodiment shown).
  • the contour course B has the shape of a semi-ellipse, the large semi-axis extending the two side surfaces 14, 16 ' at right angles. lig cuts.
  • the contour course D is also a semi-ellipse, but in contrast to the contour course B the small semi-axis intersects the two side surfaces 14, 16 at right angles.
  • the contour course C is a semicircle and represents an optimal compromise with regard to the mechanical properties on the one hand and the handling by the user on the other hand.
  • the contour of the semicircle C represents the maximum possible radius that can be realized. Starting from the side surface, the transition to the apex of the upper edge 12 and the subsequent return region to the opposite side surface take place with a constant curvature, so that the stresses occurring during the sintering process are ideally distributed evenly.

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Abstract

Keramische Klinge (1) eines Schneidwerkzeuges, insbesondere eines Messers, mit einer Schneide (10) und einer, gegenüberliegend zu Schneide (10) angeordneten Oberkante (12), die abgerundet ist. Die abgerundete Oberkante (12) ermöglicht gegenüber den bislang scharfkantigen Übergängen eine erhebliche Steigerung der Bruchfestigkeit im Falle von Biegebeanspruchungen.

Description

Keramische Klinge
Die Erfindung betrifft eine keramische Klinge eines Schneid¬ werkzeugs, insbesondere eines Messers, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bislang sind als Klingen eines Schneidwerkzeugs, insbesondere eines Messers, fast ausschließlich Klingen aus Stahl erhält¬ lich. Sie weisen eine Schneide auf, die in zwei Seitenflächen übergeht, und besitzen gegenüberliegend zur Schneide verlau¬ fend eine Oberkante. Ferner sind meist Befestigungsmittel in Form von Laschen oder dergleichen vorhanden, mit denen die Befestigung an einem Griff oder Heft möglich ist. Im Falle von Taschenmessern ist eine Bohrung vorgesehen, die von einem im Heft verankerten Lagebolzen durchsetzt ist, so daß die Klinge einklappbar gestaltet ist.
Die Oberkante der Klinge ist als ebene Fläche ausgebildet und relativ breit gehalten, damit über den Zeigefinger bzw. durch Auflegen der Handfläche des Benutzers von oben Kraft ausgeübt und die Schneide in das zu schneidende Gut eingedrückt und/oder hindurchgezogen werden kann. Zu den Seitenflächen hin ist der Übergang scharfkantig ausgeführt.
Vereinzelt sind mittlerweile im Handel auch Schneidwerkzeuge in Form von Messern erhältlich, deren Klingen aus einem kera- mischen Werkstoff bestehen. Gegenüber den eingangs beschriebe¬ nen Stahlklingen besitzen diese den Vorteil einer höheren Verschleißfestigkeit, die sich in einer wesentlich höheren Lebensdauer niederschlägt. Ein Nachschleifen oder Nachschärfen ist bei normaler Beanspruchung nicht erforderlich.
Diese keramischen Klingen unterscheiden hinsichtlich ihrer geometrischen Gestaltung nicht von herkömmlichen Stahlklingen, deren Form unverändert beibehalten wurde.
Obwohl keramische Klingen eine hervorragende Alternative zu den bislang verwendeten Stahlklingen darstellen, zeigen sich im täglichen Gebrauch eine Reihe von Nachteilen, die bislang eine weitergehende Akzeptanz verhindert haben. So hat es sich gezeigt, daß derartige Klingen sehr stark bruchgefährdet sind, sobald sie einer Biegebeanspruchung ausgesetzt sind. Speziell bei sehr harten Keramikwerkstoffen, wie beispielsweise Alumi¬ niumoxid, führt dies in der Regel zu einem vorzeitigen Er¬ reichen des Lebensdauerendes, da sich Biegebeanspruchungen beim täglichen Gebrauch kaum vermeiden lassen. Das Lebens¬ dauerende wird deshalb häufig vorzeitig durch eine unbeabsich¬ tigte Biegebeanspruchung erreicht, obwohl die für die Trenn¬ funktion maßgebliche Schneide noch voll funktionsfähig ist.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine kera¬ mische Klinge der eingangs genannten Art derart weiterzuent- wickeln, daß sie die geschilderten Nachteile nicht mehr auf¬ weist. Insbesondere sollte sichergestellt sein, daß sie weit¬ gehend unempfindlich gegenüber Biegebeanspruchungen ist und somit ein vorzeitiger Ausfall infolge Biegebruchs weitgehend vermieden wird.
Das Problem wird mit einer Klinge gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angege¬ ben.
Die Erfindung basiert auf der Idee, die Oberkante der Klinge zu den Seitenflächen hin abgerundet auszuführen. Entgegen dem normalerweise üblichen Ansatz, die Biegebruchgefahr durch Erhöhung der Dicke der Klinge zu vermindern, zeigte es sich überraschenderweise, daß bereits vergleichsweise kleine Radien ausreichend sind, um bei .gleichbleibender Dicke die Biege¬ bruchgefahr erheblich zu reduzieren. Der Effekt dürfte im wesentlichen darauf beruhen, daß beim Sintern der Klinge Span¬ nungen, die bei der bisherigen scharfkantigen Ausführung un¬ vermeidbar sind, erheblich reduziert werden können. Diese Spannungen sind verantwortlich für die bei Biegebeanspruchun¬ gen festgestellten Rißbildungen.
Gleichzeitig ist die Kantenbruchfestigkeit der Klinge deutlich erhöht. So traten bei den bisher verwendeten keramischen Klin¬ gen sehr rasch Brüche am Übergang von der Seitenfläche zur Oberkante auf, insbesondere beim Anschlagen der Klinge an harten Gegenstände. Diese Problematik tritt bei Klingen mit abgerundeten Oberkante praktisch nicht mehr auf, so daß sie im täglichen Gebrauch erheblich weniger beschädigungsgefährdet sind.
Als zusätzlicher Vorteil der abgerundeten Oberkanten stellte sich heraus, daß auch die Beschädigungsgefahr von Besteck¬ teilen, die mit keramischen Klingen in Berührung kommen, er¬ heblich reduziert wird. Diese Situation ist insbesondere dann relevant, wenn Schneidwerkzeuge mit keramischen Klingen zu¬ sammen mit herkömmlichen Besteckteilen in einer Geschirrspül¬ maschine gereinigt werden. Der umlaufende Spül- und Reini¬ gungsstrahl setzt die im Besteckkorb befindlichen Besteck¬ teile in Bewegung, so daß diese ständig miteinander in Kontakt geraten. Wegen der im Vergleich zu anderen Materialien, die üblicherweise für Besteckteile verwendet werden, erheblich höheren Härte ist das Beschädigungsrisiko durch scharfe Kanten besonders hoch. Auch hier zeigen die mit abgerundeten Kanten gestalteten keramischen Klingen gemäß der Erfindung weitere Vorteile.
Eine spürbare Verbesserung des Biegebruchverhaltens stellt sich bereits dann ein, wenn der Übergang von der Oberkante zu den Seitenflächen mit einem verhältnismäßig kleinen Radius versehen ist. Damit kann das bisherige Aussehen der Klinqe weitgehend beibehalten werden, da deren Oberkante weiterhin eben ausgeführt sein kann. Lediglich unmittelbar am Übergangs- bereich zu den Seitenflächen sind kleine Radien vorgesehen. Damit steht weiterhin eine große Angriffsfläche zur Verfügung, um - wie eingangs beschrieben - mit dem Zeigefinger oder der Hand von oben Kraft auszuüben.
Konkret stellt sich die Verbesserung der Bruchfestigkeit be¬ reits bei Radien ein, die größer als 0,3 bis 0,5 mm sind. Bei üblichen Klingenbreiten von 1,5 bis 4,5 mm verbleibt damit noch ein großer, eben verlaufender Abschnitt im Bereich der Oberkante.
Als optimal im Sinne vorstehender mechanischer Eigenschaften haben sich jedoch Gestaltungen der Oberkante in Form von Halb¬ ellipsen oder Halbkreisen ergeben. Dies bedeutet, daß die Oberkante durchgehend gekrümmt zwischen den beiden Seiten¬ fläche der Klinge verläuft. Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften beruhen vermutlich auf der fast ideal gleich¬ verteilten Spannung während des Sintervorgangs.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften er¬ gibt sich, sofern die Klinge im Spritzgießverfahren herge¬ stellt ist. Dieses Verfahren erlaubt in idealer Weise einen homogenen Aufbau der Struktur, die auch bei komplexerer Form¬ gebung und bei Variation des Querschnitts, beispielsweise im Bereich der Spitze, eingehalten werden kann. Auch kann die Formgebung des Grünlings mit einer derartigen Präzision erfol¬ gen, daß im Anschluß an das Sintern eine Nachbearbeitung nicht mehr erforderlich ist. Dies betrifft insbesondere auch die Schneide, die keiner weiteren Behandlung mehr bedarf. Speziell dieser Aspekt ist von großer Bedeutung, da es bekanntermaßen bei keramischen Werkstoffen zum Ausbrechen einzelner Gefüge¬ körner bei der Bearbeitung kommen kann. Weiterhin können bei der Endbearbeitung Risse im Korn induziert werden, die die Kerbempfindlichkeit erheblich erhöhen.
Als Keramiken werden insbesondere Oxidkeramiken, beispiels¬ weise Aluminiumoxid (Al203) oder Zirkonoxid (Zr02) verwendet. Aluminiumoxid, insbesondere mit hohem Reinheitsgrad (bei¬ spielsweise höher als 95 %) ergeben eine besondere hohe Ver¬ schleißfestigkeit. Zirkonoxid hingegen ist weniger Verschlei߬ fest, verleiht der Klinge jedoch eine sehr hohe Elastizität. Als optimal hat sich deshalb ein Gemisch aus Aluminiumoxid und Zirkonoxid bewährt, das beide Eigenschaften miteinander ver¬ bindet.
Die Erfindung wird nachstehend näher anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße keramische Klinge im Quer¬ schnitt mit unterschiedlich gestalteten Konturen der Oberkan¬ te.
Die Klinge 1 weist eine Schneide 10 auf, die den unteren Schnittpunkt zweier gegenüberliegender Seitenflächen 14, 16 darstellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Seitenflächen 14, 16 nach oben hin im wesentlichen parallel und gehen jeweils in eine die beiden Seitenflächen 14, 16 miteinander verbindende Oberkante 12 über.
In der Figur sind vier verschiedene Varianten (Konturverläufe A, B, C, D) dargestellt.
Der Konturverlauf A entspricht weitgehend dem bisherigen Aus¬ sehen derartiger Klingen mit dem Unterschied, daß beim Über¬ gang von der Oberkante 12 zu den jeweiligen Seitenflächen 14, 16 ein Radius 18 angeformt ist. Der Radius ist hierbei sehr klein gewählt, so daß die Oberkante 12 nach wie vor weitgehend eben (und im dargestellten Ausführungsbeispiel horizontal verlaufend) gestaltet ist.
Der Konturverlauf B besitzt die Form einer Halbellipse, wobei die große Halbachse die beiden Seitenflächen 14, 16' rechtwink- lig schneidet.
Der Konturverlauf D ist ebenfalls eine Halbellipse, wobei jedoch im Unterschied zum Konturverlauf B die kleine Halbachse die beiden Seitenfläche 14, 16 rechtwinklig schneidet.
Der Konturverlauf C ist ein Halbkreis und stellt im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften einerseits und die Handha¬ bung durch den Benutzer andererseits einen optimalen Kompromiß dar. Die Kontur des Halbkreises C stellt den maximal möglichen Radius dar, der sich realisieren läßt. Ausgehend von der ei¬ nen Seitenfläche erfolgt der Übergang zum Scheitelpunkt der Oberkante 12 und der sich anschließende Rückkehrbereich zur gegenüberliegenden Seitenfläche mit konstanter Krümmung, so daß sich die während des Sintervorgangs auftretenden Spannun¬ gen ideal gleichmäßig verteilen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Keramische Klinge eines Schneidwerkzeugs, insbesondere eines Messers, mit einer Schneide (1) , die in zwei Sei¬ tenflächen übergeht, und einer gegenüberliegend zur Schneide verlaufenden Oberkante, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (12) zu den Seitenflächen (14, 16) hin abgerundet ist.
2. Klinge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (12) vorzugsweise zu beiden Seiten unter Bil¬ dung eines Radius (18) in die Seitenflächen (14, 16) der Klinge (1) übergeht.
Klinge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (18) größer als 0,3 mm, vorzugsweise größer als 0,5 mm, ist.
Klinge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (12) im Querschnitt die Form einer Halbellipse (B; D) besitzt.
Klinge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Oberkante (12) im Querschnitt die Form eines Halbkreises (C) besitzt. 6. Klinge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Spritzgießverfahren herge¬ stellt ist.
Klinge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik eine Oxidkeramik, vor¬ zugsweise Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder ein Gemisch hiervon ist.
EP97924879A 1996-05-10 1997-05-07 Keramische klinge Expired - Lifetime EP0897330B1 (de)

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