Zerkleinerungstechnik: Stets rattenscharfe Messer

Der Natur abgeschaut - selbst schärfende Nagezähne als Vorbild für permanent scharfe Messer

Klingen stumpfen beim Schneiden mit der Zeit ab. Neue Messer, die sich ganz von selbst schärfen, sind nach dem Vorbild der Nagezähne von Ratten aufgebaut. Das Zerstückeln von Kunststoffen und elastischen Materialien wird dadurch schneller und effektiver.

Plastikparkbank, Einkaufstüte oder Legostein – eines haben sie mit den meisten Kunststoffartikeln gemeinsam: Sie werden aus Granulaten hergestellt. Wer Granulate oder Pulver produzieren will, muss oft schneiden. Ein Problem bisheriger Schneidmühlen ist jedoch, dass die Klingen innerhalb weniger Stunden abstumpfen. Das heißt: Produktion stoppen, Messer ausbauen, schleifen, wieder einbauen und justieren. Die Mühlen stehen still – kostbare Zeit geht verloren.

Permanent scharfe Messer für Schneidmühlen haben Forscher vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT (www.umsicht.fraunhofer.de) mit der Firma Kennametal Widia entwickelt. Ihr Vorbild sind selbst schärfende Nagezähne von Ratten. Die Tiere sind berüchtigt für ihr immer scharfes Gebiss, das alles zerbeißt: Holz, Metall und selbst Beton. Anders als beim Menschen sind ihre Zähne nicht komplett vom Schmelz überzogen. Nur an ihrer Vorderseite besitzen sie eine hufeisenförmige, sehr dünne und harte Schmelzlamelle. Dahinter sitzt das weichere Zahnbein. Dieses, den Zahn mechanisch stabilisierende Dentin wird beim Nagen bevorzugt abgerieben, wodurch stets eine messerscharfe Schmelzkante hervorsteht.

Genauso funktionieren auch die neuartigen Schneidmesser. Der zähe Grundkörper besteht aus Hartmetall, einer Legierung aus Wolframcarbid und Kobalt. Seine Außenseite ist gewölbt und wie bei Nagezähnen mit einer glatten, etwa doppelt so harten mehrlagigen Keramikschicht bedeckt, die im wesentlichen aus Titannitrid besteht und durch Nanowerkstoffe verstärkt wird. Damit diese dünne Schicht beim Schneiden nicht vom Grundkörper abplatzt, härten die Forscher seine Oberfläche und erhöhen somit die Verbundwirkung zwischen beiden Werkstoffen. »Im Gegensatz zu bisherigen Schneidwerkzeugen, sieht unser Konzept extrem standfeste Messer vor, die nie stumpf werden«, sagt Marcus Rechberger von der UMSICHT-Abteilung Spezialwerkstoffe. »Sie müssen erst dann ausgewechselt werden, wenn die Messer quasi nicht mehr da sind. Also heißt das Motto: einbauen und vergessen!« Scharfe Schnittkanten haben noch einen weiteren Vorteil: Je schärfer die Klinge, desto feiner kann das Material zerkleinert werden und desto weniger Energie wird benötigt.

An ersten Prototypen der neuartigen Schneidmesser testen die Forscher von UMSICHT nun, wie sie sich in der Mühle verhalten. »Bis unsere Messer auf den Markt kommen, dauert es nicht mehr lang«, hofft Rechberger. »Erste Firmen interessieren sich bereits dafür.«

Fachkontakt:
Dipl.-Ing. Marcus Rechberger
Spezialwerkstoffe
Telefon +49 2 08/85 98-14 05

Bild:
Die Außenflächen der selbstschärfenden, rotierenden Messer sind mit einer harten Keramik beschichtet.

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, Oberhausen

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