EP0897330B1 - Keramische klinge - Google Patents

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EP0897330B1 EP97924879A EP97924879A EP0897330B1 EP 0897330 B1 EP0897330 B1 EP 0897330B1 EP 97924879 A EP97924879 A EP 97924879A EP 97924879 A EP97924879 A EP 97924879A EP 0897330 B1 EP0897330 B1 EP 0897330B1
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a ceramic blade of a cutting tool, especially a knife, according to the preamble of Claim 1 (see US-A-5 077 901).
  • blades of a cutting tool in particular of a knife, almost exclusively steel blades available. They have a cutting edge that is in two side faces passes, and have opposite to the cutting edge an upper edge. Furthermore, fasteners are usually in Form of tabs or the like with which the Attachment to a handle or handle is possible. In case of Pocket knives a hole is provided, which from a in Handle anchored peg is interspersed so that the blade is designed foldable.
  • the upper edge of the blade is designed as a flat surface and kept relatively wide, so over the index finger or through Laying on the palm of the user exerted force from above and pressed the cutting edge into the material to be cut and / or can be pulled through. Towards the side surfaces the transition is sharp-edged.
  • Cutting tools are now also occasionally on the market available in the form of knives, the blades of which are made of a ceramic Material. Compared to the one described at the beginning Steel blades have the advantage of a higher one Wear resistance, which results in a much higher Lifespan is reflected. Regrinding or resharpening is not necessary for normal use.
  • These ceramic blades differ in their geometric design not of conventional steel blades, whose shape has been kept unchanged.
  • US-A-3 035 344 publishes a knife blade made of plastic, aluminum or steel with a rounded top edge.
  • the invention was therefore based on the object, a ceramic To further develop the blade of the type mentioned at the beginning that it no longer has the disadvantages described. In particular, it should be ensured that they are largely is insensitive to bending stress and therefore an early failure due to bending fracture largely is 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 that usually usual approach, due to the risk of bending It was shown to decrease the thickness of the blade surprisingly, that already comparatively small radii are sufficient to avoid the risk of bending at a constant thickness significantly reduce.
  • the effect should be in are essentially based on the fact that when the blade is sintered, tensions, which is unavoidable in the previous sharp-edged version are can be significantly reduced. This Tensions are responsible for the bending stresses found cracks.
  • a further improvement in the mechanical properties results provided the blade is injection molded is.
  • This method ideally allows one homogeneous structure structure, even with more complex shapes and when the cross section varies, for example in Area of the top that can be adhered to. It can also Shaping the green body with such precision, that post-processing after sintering is not more is needed. This applies in particular to the Cutting edge that needs no further treatment. Specifically this aspect is of great importance as it is known for ceramic materials to break out individual structural grains can come during processing. Furthermore, at of finishing cracks in the grain are induced which the Significantly increase notch sensitivity.
  • Oxide ceramics for example aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or zirconium oxide (ZrO 2 ), are used in particular as ceramics.
  • Aluminum oxide in particular with a high degree of purity (for example higher than 95%), results in a particularly high wear resistance.
  • Zirconium oxide on the other hand, is less wear-resistant, but gives the blade a very high degree of elasticity.
  • a mixture of aluminum oxide and zirconium oxide that combines both properties has proven to be optimal.
  • the blade 1 has a cutting edge 10 which is the lower one Intersection of two opposite side surfaces 14, 16 represents.
  • the Side surfaces 14, 16 essentially parallel upwards and each go into one of the two side surfaces 14, 16 interconnecting upper edge 12 over.
  • the contour course A largely corresponds to the previous appearance such blades with the difference that at the transition from the upper edge 12 to the respective side surfaces 14, 16 a radius 18 is formed.
  • the radius here is very chosen small, so that the upper edge 12 is still largely even (and horizontal in the illustrated embodiment gradient) is designed.
  • the contour course B has the shape of a semi-ellipse, whereby the large semiaxis, the two side surfaces 14, 16 at right angles cuts.
  • the contour course D is also a semi-ellipse, whereby however, 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 on the mechanical properties on the one hand and the handling on the other hand, an optimal compromise by the user represents.
  • the contour of the semicircle C represents the maximum possible Radius represents that can be realized. Starting from one The transition to the vertex of the Top edge 12 and the subsequent return area to opposite side surface with constant curvature, so that the stresses occurring during the sintering process ideally distribute evenly.

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Description

Die Erfindung betrifft eine keramische Klinge eines Schneidwerkzeugs, insbesondere eines Messers, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 (vgl. US-A-5 077 901).
Bislang sind als Klingen eines Schneidwerkzeugs, insbesondere eines Messers, fast ausschließlich Klingen aus Stahl erhältlich. Sie weisen eine Schneide auf, die in zwei Seitenflächen übergeht, und besitzen gegenüberliegend zur Schneide verlaufend 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 keramischen Werkstoff bestehen. Gegenüber den eingangs beschriebenen 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 Aluminiumoxid, führt dies in der Regel zu einem vorzeitigen Erreichen des Lebensdauerendes, da sich Biegebeanspruchungen beim täglichen Gebrauch kaum vermeiden lassen. Das Lebensdauerende wird deshalb häufig vorzeitig durch eine unbeabsichtigte Biegebeanspruchung erreicht, obwohl die für die Trennfunktion maßgebliche Schneide noch voll funktionsfähig ist.
US-A-3 035 344 veröffentlicht eine Messerklinge aus Kunststoff, Aluminium oder Stahl mit abgerundeter Oberkannte.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine keramische Klinge der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sie die geschilderten Nachteile nicht mehr aufweist. Insbesondere sollte sichergestellt sein, daß sie weitgehend 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 angegeben.
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 Biegebruchgefahr erheblich zu reduzieren. Der Effekt dürfte im wesentlichen darauf beruhen, daß beim Sintern der Klinge Spannungen, die bei der bisherigen scharfkantigen Ausführung unvermeidbar sind, erheblich reduziert werden können. Diese Spannungen sind verantwortlich für die bei Biegebeanspruchungen festgestellten Rißbildungen.
Gleichzeitig ist die Kantenbruchfestigkeit der Klinge deutlich erhöht. So traten bei den bisher verwendeten keramischen Klingen 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 Besteckteilen, die mit keramischen Klingen in Berührung kommen, erheblich reduziert wird. Diese Situation ist insbesondere dann relevant, wenn Schneidwerkzeuge mit keramischen Klingen zusammen mit herkömmlichen Besteckteilen in einer Geschirrspülmaschine gereinigt werden. Der umlaufende Spül- und Reinigungsstrahl setzt die im Besteckkorb befindlichen Besteckteile 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 Klinge weitgehend beibehalten werden, da deren Oberkante weiterhin eben ausgeführt sein kann. Lediglich unmittelbar am Übergangsbereich 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 bereits 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 Halbellipsen oder Halbkreisen ergeben. Dies bedeutet, daß die Oberkante durchgehend gekrümmt zwischen den beiden Seitenfläche der Klinge verläuft. Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften beruhen vermutlich auf der fast ideal gleichverteilten Spannung während des Sintervorgangs.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ergibt sich, sofern die Klinge im Spritzgießverfahren hergestellt ist. Dieses Verfahren erlaubt in idealer Weise einen homogenen Aufbau der Struktur, die auch bei komplexerer Formgebung und bei Variation des Querschnitts, beispielsweise im Bereich der Spitze, eingehalten werden kann. Auch kann die Formgebung des Grünlings mit einer derartigen Präzision erfolgen, 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 Gefügekörner 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, beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3) oder Zirkonoxid (ZrO2) verwendet. Aluminiumoxid, insbesondere mit hohem Reinheitsgrad (beispielsweise höher als 95 %) ergeben eine besondere hohe Verschleißfestigkeit. Zirkonoxid hingegen ist weniger Verschleißfest, verleiht der Klinge jedoch eine sehr hohe Elastizität. Als optimal hat sich deshalb ein Gemisch aus Aluminiumoxid und Zirkonoxid bewährt, das beide Eigenschaften miteinander verbindet.
Die Erfindung wird nachstehend näher anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße keramische Klinge im Querschnitt mit unterschiedlich gestalteten Konturen der Oberkante.
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 Aussehen derartiger Klingen mit dem Unterschied, daß beim Übergang 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 rechtwinklig 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 Handhabung 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 einen 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 Spannungen ideal gleichmäßig verteilen.

Claims (7)

  1. Keramische Klinge eines Schneidwerkzeugs, insbesondere eines Messers, mit einer Schneide (1), die in zwei Seitenflächen 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 Bildung eines Radius (18) in die Seitenflächen (14, 16) der Klinge (1) übergeht.
  3. Klinge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (18) größer als 0,3 mm, vorzugsweise größer als 0,5 mm, ist.
  4. Klinge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (12) im Querschnitt die Form einer Halbellipse (B; D) besitzt.
  5. Klinge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 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 hergestellt ist.
  7. Klinge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik eine Oxidkeramik, vorzugsweise Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder ein Gemisch hiervon ist.
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