Untersuchung der Ursachen für auftretende Messerbrüche im Kutter
An der Aufklärung der Zusammenhänge, die zum Messerbruch im Kutter führen, wird seit vielen Jahren gearbeitet. Das Problem besteht darin, dass gleichzeitig mehrere Belastungsformen auftreten, die sich auch noch mit der Stoffumwandlung im Bereich des Messersatzes verlagern. Dabei nehmen die Wirkbedingungen ständig neue Belastungsformen über einen Herstellungszyklus von Brühwurstfeinbrät an. Als weiteren Grad der Kompliziertheit bringen die Kutter verschiedener Hersteller durch Hauben- und Schüsselformen spezielle Belastungseigenheiten in die Untersuchungen ein.
SCHNÄCKEL, EHRLE und HAACK untersuchten experimentell und durch Simulation die Belastungssituation am gelochten Kuttermesser, ihre Faktoren und die Hauptkutterprozessphasen bei der Fleischzerkleinerung. Verschiedene Faktoren, die zum Messerbruch führen können, werden diskutiert, z. B. die Schlagarbeit bei grobstückigem Rohstoff mit senkrechten Kräften in den Messerkörper, die Pumparbeit bei pastösem Rohstoffzustand mit seitlichen Schubkräften auf den Messerkörper, die Messerformen, welche die Zerkleinerungsbedingungen beeinflussen.
Auch wurde der Kutterprozess in zwei Phasen geteilt. In der ersten Kutterphase erfolgte die Grobzerkleinerung des Fleisches auf 1 bis 2 mm. Die Masseträgheit der Fleischteile erzeugte hierbei eine Gegenschneidenwirkung. Die Zerkleinerungsarbeit geht mit über 90 % auf die Messer über. Die Kraftverteilung im Messersatz ist aber völlig verschieden. So werden die ersten zwei Messer mit 80 % der Motorenergie belastet. In dieser Phase ist das Messer im Fleischteil fixiert. Die Hauptkraft entsteht senkrecht auf der Messerschneide, dabei kommt es zur Stauchung des Messerkörpers. In der zweiten Kutterphase wird der Rohstoff in eine pastöse und hochzähe Masse umgewandelt. Dadurch kommt es zu Misch-, Reib- und Pumpvorgängen. Der Rohstoff nimmt mit den umlaufenden Messern eine hohe Geschwindigkeit an. Die Messer stehen so unter seitlicher Biegebelastung. Die Kraftübertragung umfasst über 90 % Pumparbeit, bei der das Brät mit hoher Geschwindigkeit drehend durch die Haube gefördert wird. Die Haube bremst das Brät aus hoher Geschwindigkeit und erzeugt damit unkontrollierte Kraftzustände im Messerkörper. Die verschiedenen Faktoren sowie die Wechselbelastungen zwischen den Phasen, das starke Abbremsen und die nachfolgende Entlastung der Messer am Ende sind die Hauptursachen für die Messerbrüche. Die Belastungsformen im Messerkörper treten als mehrfache Kraftkomponenten in 3 Ebenen auf.
Die Simulation der Belastungsvorgänge im Messersatz basiert auf einer Langzeitkontrolle von Messerabstumpfungen und der daraus abgeleiteten Kraftverteilung, der Analyse der Bruchereignisse und der labormäßigen Belastungsuntersuchung als Einzelkräfte. Die Ergebnisse der Simulation zeigen, dass die häufigsten Messerbrüche an den hinteren Messern als Folge der Beschleunigungs-, Brems- und Strömungsvorgänge mit sehr hohen Seitenkräften auf den Messerkörper entstehen. Diese Wirkungen können durch die bessere Abstimmung zwischen Haubengeometrie und der Anpassung der Messer vermindert werden. Die Verwendung von Messerkörpern mit Löchern oder Durchbrüchen bietet bei der Rohstoffverdichtung in der Haube eine Ventilfunktion für die Verdrängungsarbeit. Damit werden die Seitenkräfte, die durch das Brät verursacht werden, deutlich reduziert. Die Lochmesser sind belastungsfähiger, brechen seltener und verbessern den Messerwirkungsgrad.
Quelle: Kulmbach [ STOYANOV ]
