Selbstschärfende Klingen

Über Jahrmillionen hinweg haben sich die Zähne von Nagetieren zu effizienten Kau- und Schneidwerkzeugen entwickelt. Trotz ihrer vergleichsweise geringen eigenen Härte sind diese Zähne in der Lage, harte Materialien zu zerschneiden. Dies wird auf einen Zahnaufbau mit kombinierten Materialien zurückgeführt: Eine Zahnschmelzschicht an der Zahnvorderseite (Härte: HV 400) und ein etwa halb so weicher Zahnkern aus Dentin (Härte: HV 200) sind durch ein räumliches Raster perfekt verzahnt und in ihrer Härte gradiert. Dadurch erreichen die Zähne eine große Wirkung. Die dünne Schmelzschicht bildet die Freifläche beim Schneiden, sie wird durch das freigelegte Dentin getragen und stabilisiert. Dieser Zahnaufbau ist auch verantwortlich für den Selbstschärfungseffekt der Zähne. Durch den gerichteten Verschleiß des gegenüber dem Zahnschmelz weicheren Dentins bleibt an der Zahnvorderkante eine harte Schmelzschicht stehen und erzeugt eine scharfe Schneidkante.

Das natürliche Nachwachsen der Zähne gleicht einen hohen Zahnverschleiß aus. Dieses biologische Prinzip wurde bei der Entwicklung und Konstruktion von Werkzeugen für Schneidanwendungen durch die vier Fraunhofer-Institute für Keramische Technologien und Systeme (IKTS), Schicht- und Oberflächentechnik (IST), Produktionstechnologie (IPT) sowie Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) angewendet. Hier wurden verschiedene Werkstoffkombinationen der selbstschärfenden Klingen für spezifische Werkstück-Anwendungen getestet. Mittlerweile werden die Messer in Serie gefertigt und befinden sich im Praxiseinsatz.

Durch den selbstschärfenden Effekt der Messer werden geringe Schnittkräfte erzeugt. Die Verschleißbeträge der selbstschärfenden Schneiden sind geringer als bei konventionellen Schneiden, so dass sich die Nutzungsdauer der Schneiden erhöht und weniger Schneidteile benötigt werden. Diese müssen somit nicht mehr gefertigt werden, was mit einer Material- und Energieeinsparung einhergeht. Das Ressourceneffizienzpotenzial in der Herstellungsphase selbstschärfender Messer, im Vergleich zu konventionellen Schneidteilen, müsste im Einzelfall - je nach Einsatzgebiet und verwendetem Werkstoff für das zu bearbeitende Werkstück - bestimmt werden.