DE19618803C2 - Keramische Klinge - Google Patents

Description

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 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 Alumi­ niumoxid, 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.

Aus der DE 35 38 169 A1 ist schließlich ein Trennmesser für Quarzglas-Lichtwellenleiter bekanntgeworden, dessen Klinge aus beispielsweise keramischem Material besteht. Die Schneide ist nach Art eines Wellenschliffs gestaltet. Zur Erzielung eines optisch einwandfreien Schnitts ist die Schneide extrem dünn ausgeführt, wobei ein Radius im Bereich von 0,2 µm bis 1 µm als zweckmäßig bezeichnet wird.

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 entsprechend Anspruch 1 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 entsprechend Anspruch 2 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 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 entsprechend Anspruch 3 größer als 0,3 bis 0,5 mm sind. Bei üblichen Klingenbreiten von 1,5 bis 4,5 mm verbleibt damit noch ein größer, eben verlaufender Abschnitt im Bereich der Oberkante.

Als optimal im Sinne vorstehender mechanischer Eigenschaften haben sich jedoch Gestaltungen der Oberkante entsprechend Anspruch 4 und 5 in Form von Halb­ ellipsen oder Halbkreisen ergeben. Dies bedeutet, daß die Oberkante durchgehend gekrümmt zwischen den beiden Seiten­ flächen 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 Anspruch 6. 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 größer 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 entsprechend Anspruch 7 insbesondere Oxidkeramiken, beispiels­ weise Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Zirkonoxid (ZrO₂) verwendet. Aluminiumoxid, insbesondere mit hohem Reinheitsgrad (bei­ spielsweise höher als 95%) ergeben eine besondere hohe Ver­ schleißfestigkeit. Zirkonoxid hingegen ist weniger Verschleiß­ 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 18 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 (7)

1. Keramische Klinge eines Schneidwerkzeugs, insbesondere eines Messers mit einer Schneide (1), die in zwei Sei­ tenflächen (14, 16) übergeht, und einer gegenüberliegend zur Schneide (1) verlaufenden Oberkante (12), 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.

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 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.

7. Klinge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik eine Oxidkeramik, vor­ zugsweise Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder ein Gemisch hiervon ist.