CH699367B1 - Vorrichtung an einer Spinnereivorbereitungsmaschine, insbesondere Karde, Reiniger, Strecke oder Kämmmaschine, mit mindestens einer elektromotorisch angetriebenen Walze. - Google Patents
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Abstract
Bei einer Vorrichtung an einer Spinnereivorbereitungsmaschine, insbesondere Karde, Reiniger, Strecke oder Kämmmaschine, mit mindestens einer elektromotorisch angetriebenen Walze (4), die um ihre Längsachse drehbar gelagert ist, wird die Walze (4) mit Hilfe von auf mindestens eine Walzenseitenfläche (4c) einwirkenden Kräften eines elektromagnetischen Feldes in Drehbewegung versetzt. Um auf einfache Weise eine wesentlich erhöhte Antriebs- bzw. Bremsleistung und ein hohes Drehmoment zu verwirklichen, ist eine elektromotorische Antriebseinrichtung mit einem Rotor (4, 4c, 30) und einem Stator (19a, 31) vorhanden, die in die Walze (4) bzw. in ein ortsfestes, der Walze (4) zugeordnetes Maschinenelement (19a) integriert sind.
Description
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an einer Spinnereivorbereitungsmaschine, insbesondere Karde, Reiniger, Strecker oder Kämmmaschine, mit mindestens einer elektromotorisch angetriebenen Walze, die um ihre Längsachse drehbar gelagert ist, bei der die Walze mit Hilfe von auf mindestens eine Walzenseitenfläche einwirkenden Kräften eines elektromagnetischen Feldes in Drehbewegung versetzt wird. [0002] Bei einer bekannten Vorrichtung (DE 2 822 712 A) ist ein Trommelantrieb für eine Textilmaschine, insbesondere für eine Karde, vorgesehen. Der Antrieb weist eine ferromagnetische, leitfähige Ringscheibe auf, die "an wenigstens einer Seitenfläche der Trommel" angeordnet ist. Dieser Ringscheibe liegt ein Asynchron-Linearmotor gegenüber. Dieser Motor ist offensichtlich im Verhältnis zur senkrechten Achse der Trommel drehbar (neigbar) angebracht. Abhängig von der Neigung bzw. des "Neigungswinkels [Phi]", soll eine Änderung der Trommeldrehzahl bewirkt werden. Mit dieser Einrichtung soll auch eine "Drehzahlregelung der Trommel" möglich sein. Nachteilig ist, dass für eine Regelung, da eine Drehzahländerung nur durch eine Änderung des Neigungswinkels der Linearmotoren möglich ist, eine Einrichtung zum automatischen Ein- bzw. Verstellen der Motoren erforderlich ist. Zusätzlich sind auch noch eine Möglichkeit zur Erfassung der tatsächlichen Drehzahl sowie ein entsprechendes Steuer- und Regelgerät notwendig. Besonders nachteilig ist, dass ein oder auch zwei "Linearmotoren" nicht in der Lage sind, die sehr hohe erforderliche Leistung und das unbedingt erforderliche Drehmoment aufzubringen. Insbesondere stört, dass elektrische Spulen nur im Bereich der Linearmotoren vorhanden sind. [0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet, die insbesondere auf einfache Art eine wesentlich erhöhte Leistung bzw. ein Drehmoment ermöglicht und eine Einstellung bzw. Änderung der Drehzahl erlaubt. [0004] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. [0005] Durch die erfindungsgemässen Massnahmen werden eine wesentlich erhöhte Antriebs- bzw. Bremsleistung und ein hohes Drehmoment auf einfache Weise verwirklicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Antrieb z.B. mittels eines Frequenzumformers sehr einfach in seiner Drehzahl geändert bzw. mit einer Drehzahlregelung ausgerüstet werden kann. [0006] Der die Trommel antreibende Motor ist direkt in das Seitenschild der Trommel und die Trommel selbst integriert. Dabei stellt das feststehende Seitenschild unter anderem den Stator und die Trommel den Rotor des Antriebsmotors dar. Die Motorfunktion wird dadurch realisiert, dass auf der Innenseite des Trommelmantels Permanentmagnete angebracht werden und am Seitenschild Spulenkörper mit aufgewickelten Spulen befestigt werden. Alle diese Spulen sind regelrecht miteinander verbunden und schliesslich an eine Steuerung angeschlossen. Die Steuerung treibt einen Strom so durch die einzelnen Spulen, dass ein Drehfeld entsteht, welches die Trommel sich um ihre Achse drehen lässt. [0007] Die abhängigen Patentansprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand. [0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. [0009] Es zeigt: <tb>Fig. 1<sep>schematisch Seitenansicht im Schnitt einer Karde mit der erfindungsgemässen Vorrichtung, <tb>Fig. 2<sep>Schnitt durch die Karde gemäss Fig. 1, <tb>Fig. 3<sep>Seitenansicht auf das ortsfeste Seitenschild, einen Teil des Maschinengestells und den Wanderdeckel der Karde gemäss Fig. 1, <tb>Fig. 4a<sep>ein Seitenschild als Stator und die Trommel als Rotor, wobei die Permanentmagnete und die Spulen einander achsparallel gegenüberliegen, <tb>Fig. 4b<sep>Schnitt II-II durch die Trommel gemäss Fig. 4a, <tb>Fig. 5<sep>ein Seitenschild als Stator und die Trommel als Rotor, wobei die Permanentmagnete und die Spulen in radialer Richtung einander gegenüberliegen, <tb>Fig. 6<sep>ein Steuer- und Regelgerät für die Ansteuerung der elektromotorischen Antriebseinrichtung, <tb>Fig. 7<sep>ein Seitenschild als Stator und eine der Trommel seitlich zugeordnete Scheibe o.dgl. als Rotor, <tb>Fig. 8<sep>einen Ausschnitt aus einer Ausführung mit innenliegenden Permanentmagneten und aussenliegenden Spulen und Anschluss der Spulen an eine Drehstromquelle, <tb>Fig. 9a<sep>eine Ausführungsform mit je einem Gehäuse um den Rotor und um den Stator und <tb>Fig. 9b<sep>Seitenansicht gemäss Schnitt III-III auf die Ausbildung nach Fig. 9a. [0010] Fig. 1 zeigt eine Karde, z.B. Trützschler Karde TC 03, mit Speisewalze 1, Speisetisch 2, Vorreissern 3a, 3b, 3c, Trommel 4, Abnehmer 5, Abstreichwalze 6, Quetschwalzen 7, 8, Vliesleitelement 9, Flortrichter 10, Abzugswalzen 11, 12, Wanderdeckel 13 mit Deckelumlenkrollen 13a, 13b und Deckelstäben 14, Kanne 15 und Kannenstock 16. Die Drehrichtungen der Walzen sind mit gebogenen Pfeilen gezeigt. Mit M ist der Mittelpunkt (Achse) der Trommel 4 bezeichnet. 4a gibt die Garnitur und 4b gibt die Drehrichtung der Trommel 4 an. Mit B ist die Drehrichtung des Wanderdeckels 13 in Kardierstellung und mit C ist die Rücktransportrichtung der Deckelstäbe 14, mit 27, 27 sind Festkardierelemente und mit 26 ist eine Abdeckung unterhalb der Trommel 4 bezeichnet. Der Pfeil A bezeichnet die Arbeitsrichtung. [0011] Fig. 2 zeigt einen Teil der Trommel 4 mit einer zylindrischen Fläche 4f des Mantels 4e und Trommelböden 4c, 4d (radiale Tragelemente). Die Fläche 4f ist mit einer Garnitur 4a versehen, die in diesem Beispiel in der Form von Draht mit Sägezähnen vorgesehen ist. Der Sägezahndraht wird auf der Trommel 4 aufgezogen, d. h. in dicht nebeneinanderliegenden Windungen zwischen (nicht dargestellten) Seitenflanschen umgewickelt, um eine mit Spitzen bestückte zylindrische Arbeitsfläche zu bilden. Auf der Arbeitsfläche (Garnitur) sollen möglichst gleichmässig Fasern verarbeitet werden. Die Kardierarbeit wird zwischen den einander gegenüberliegenden Garnituren 18 und 4a geleistet. Sie wird wesentlich von der Lage der einen Garnitur gegenüber der anderen sowie dem Garniturabstand a zwischen den Spitzen der Zähne der beiden Garnituren 18 und 4a beeinflusst. Die Arbeitsbreite der Trommel 4 ist für alle anderen Arbeitselemente der Karde massgebend, insbesondere für die Wanderdeckel 14 oder Festdeckel 27, 27 (Fig. 1), welche zusammen mit der Trommel 4 die Fasern gleichmässig über die ganze Arbeitsbreite kardieren. Um gleichmässige Kardierarbeit über die ganze Arbeitsbreite leisten zu können, müssen die Einstellungen der Arbeitselemente (einschliesslich von Zusatzelementen) über diese Arbeitsbreite eingehalten werden. Die Trommel 4 selbst kann aber durch das Aufziehen des Garniturdrahtes, durch Fliehkraft oder durch den Kardierprozess bedingte Erwärmung deformiert werden. Die Wellenzapfen 23a, 23b der Trommel 4 sind in Lagern 25a, 25b gelagert, die auf dem ortsfesten Maschinengestell 24a, 24b angebracht sind. Der Durchmesser, z.B. 1250 mm, der zylindrischen Oberfläche 4f, d.h. das Doppelte des Radius r1, ist ein wichtiges Mass der Maschine. Die Seitenschilder 19a, 19b sind auf den beiden Maschinengestellen 24a bzw. 24b befestigt. An den Seitenschildern 19a, 19b sind die Flexibelbögen 17a bzw. 17b befestigt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 4 beträgt z.B. 35 m/sec. [0012] Nach Fig. 3 sind zwischen Vorreisser 3 und Deckelumlenkrolle 13a drei ortsfeste Festkardierelemente 27a, 27b, 27c und nichtgarnierte Trommelverschalungselemente 28a, 28b, 28c vorhanden. Die Festkardierelemente 27a, 27b, 27c weisen eine Garnitur auf, die der Trommelgarnitur 4a gegenüberliegt. Die Festkardierelemente 27a bis 27c sind über Schrauben und die Abdeckelemente 28a bis 28c über (nicht dargestellte) Schrauben an einem Verlängerungsbogen 29a1 bzw. 29a2 angebracht, der seinerseits auf jeder Seite der Karde am Kardenschild 19a bzw. 19b (in Fig. 3 ist nur 19a gezeigt) über Schrauben befestigt ist. Die Flexibelbögen 17a, 17b (in Fig. 3ist nur 17a gezeigt) sind über Schrauben am Seitenschild 19a bzw. 19b befestigt. Mit 24a ist das Maschinengestell bezeichnet. [0013] Nach den Fig. 4a, 4b sind in einem Seitenbereich der rotierenden Trommel 4 eine Mehrzahl von Permanentmagneten 30 und in einem Seitenbereich eines ortsfesten Seitenschildes 19a eine Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen 31 bzw. 31a bis 31n angeordnet. Die Permanentmagneten 30a bis 30n und die Spulen 31a bis 31n liegen achsparallel einander gegenüber. Die elektromagnetischen Spulen 31a bis 31n sind an eine elektrische Stromquelle (s. Fig. 8) angeschlossen. Auf diese Weise bilden das Seitenschild mit den Spulen 31a bis 31 n den Stator und die Trommel 4 mit den Permanentmagneten 30 des Rotor der elektromotorischen Antriebseinrichtung. [0014] Fig. 5 stellt eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemässen Antriebes dar. Hierbei werden die Permanentmagnete 30 auf der Seitenwand 4c der Trommel angebracht. Die Spulen 31 werden auf dem Seitenschild 19a - gegenüber einer Ausführung gemäss der Fig. 4a, 4b um 90[deg.] versetzt - angeordnet. [0015] Die Permanentmagnete 30 und die Spulen 31 liegen einander in achsialer Richtung gegenüber. [0016] Fig. 6 zeigt eine vorteilhafte Steuerungskonfiguration für einen erfindungsgemässen Antrieb. Die Ansteuerung der elektromagnetischen Antriebseinrichtung 32 erfolgt durch ein Steuer- und/oder Regelgerät 33, z.B. einen Frequenzumrichter. Mit 34 ist ein Gebersystem, mit 35 ein Steuerungssystem und mit 36 ein Bedien- und Anzeigegerät bezeichnet. [0017] Fig. 7 zeigt eine Ausbildung gemäss Fig. 5mit einem Seitenschild 19a einschliesslich Spulen als Stator, wobei jedoch eine der Trommel 4 seitlich zugeordnete rotierende Scheibe 37 mit Permanentmagneten als Rotor vorhanden ist. Die Scheibe 37 ist drehfest auf dem Wellenzapfen 23a befestigt. [0018] Die Scheibe 37 kann auch (in nicht dargestellter Weise) mit der Trommelseitenwand 4c verbunden sein. [0019] Nach Fig. 8 ist eine Drehstromleitung mit Sternschaltung vorgesehen. Die Spulen 31a bis 31c sind über einen Umrichter 42 an eine Drehstromquelle (Phasen L1, L2, L3) angeschlossen. Die Spulen 31a bis 31c (bzw. alle Spulen bis 31n) sind an dem Seitenschild 19a z.B. durch Kleben o.dgl. befestigt. Die Permanentmagnete 30a bis 30c (bzw. alle Permanentmagnete bis 30n) sind an dem Trommelboden 4c z.B. durch Kleben o. dgl. befestigt. Dadurch, dass die drei selbständigen Ströme in jeweils drei ortsfeste Magnetspulen geleitet werden und auf einer Achse die Permanentmagnete angebracht sind, wird über die Permanentmagnete die Trommel 4 in Drehung versetzt (s. Pfeil 4b). Durch die drei phasenverschobenen Wechselströme entsteht ein resultierendes Magnetfeld (Drehfeld), das sich zwischen den Spulen mit der Frequenz des Wechselstromes dreht. Der das Drehfeld erzeugende Dreiphasenstrom ist ein Drehstrom. [0020] Nach den Fig. 9a, 9b ist das Gehäuse 39 des Rotors, in dem sich über den gesamten Umfang Permanentmagnete 30 befinden, fest mit der Trommel 4 verbunden. Der Stator mit den elektrischen Spulen 31 und deren Anschlüsse sind fest an das Seitenschild 19a montiert. Zwischen dem Rotor und dem Stator besteht ein geringer Luftspalt 40. Mit 41 sind Verbindungselemente bezeichnet. [0021] Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der die Trommel 4 antreibende Motor 32 direkt in das Seitenschild 19a der Trommel 4 und die Trommel 4 selbst integriert. Dabei stellt das feststehende Seitenschild 19a u.a. den Stator und die Trommel 4 den Rotor des Antriebsmotors dar (Fig. 4a, 4b, 5). [0022] Die Motorfunktion wird dadurch realisiert, dass auf der Innenseite im Randbereich des Trommelmantels 4 Permanentmagnete 30a bis 30n angebracht werden, am Seitenschild 19a Spulenkörper 31a bis 31n mit aufgewickelten Spulen befestigt werden, alle diese Spulen nach bestimmten Regeln miteinander verbunden und schliesslich an eine geeignete Steuerung angeschlossen werden. Die Steuerung treibt nun einen Strom so durch die einzelnen Spulen, dass ein Drehfeld entsteht, welches die Trommel 4 sich um ihre Achse M drehen lässt. [0023] Da der erfindungsgemässe Antrieb direkt in die bereits vorhandenen Maschinenelemente integriert ist, wird kein zusätzlicher Platz benötigt. [0024] Bei Bedarf kann der Antrieb auf beiden Seiten der Trommel 4 eingesetzt werden. Die Ansteuerung des Antriebs wird durch ein Steuer- bzw. Regelgerät 33, z.B. einen Frequenzumrichter, realisiert. Das Regel- bzw. Steuergerät 33 wird so ausgebildet, dass es die Trommel 4 sowohl in der Drehzahl steuern wie auch die Trommel 4 gezielt wieder abbremsen kann. Die Trommel 4 wird mit einem Gebersystem 34 ausgerüstet, das dem Regel- bzw. Steuergerät 33 Informationen über die aktuelle Position und Drehzahl der Trommel 4 geben kann. [0025] Nach den beschriebenen Ausbildungen kann die Trommel (Fig. 4a, 4b, 5) oder mit Hilfe einer mit der Trommel 4 verbundenen Scheibe (Fig. 6) eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweisen, die den Rotor des Motors bilden. Eine andere Variante sieht vor, dass ein die Permanentmagnete tragender Rotor direkt mit der Trommel 4 verbunden ist. [0026] Zweckmässig werden an dem Seitenschild 19a über den kompletten Umfang der Trommel 4 eine Vielzahl von elektrischen Spulen angebracht. [0027] Gemäss einer weiteren Ausbildung ist ein die Spulen tragender Stator direkt mit dem Seitenschild der Trommel 4 verbunden. [0028] Die erfindungsgemässe Antriebseinrichtung kann mit Vorteil mittels eines Frequenzumformers sehr einfach in seiner Drehzahl geändert bzw. mit einer Drehzahlregelung versehen werden. Es werden keinerlei Mittel, die zur Drehzahländerung eine mechanische Lageänderung des Stators ermöglichen, benötigt. [0029] Die Erfindung wurde am Beispiel mit aussenliegenden Permanentmagneten und innenliegenden Spulen erläutert. Bei gleicher Funktionsweise kann der Antrieb prinzipiell auch umgekehrt aufgebaut sein. D.h., dass der Rotor mit den Permanentmagneten innenliegt und der Stator mit den Spulen aussen (s. Fig. 8).
Claims (25)
1. Vorrichtung an einer Spinnereivorbereitungsmaschine, insbesondere Karde, Reiniger, Strecke oder Kämmmaschine, mit mindestens einer elektromotorisch angetriebenen Walze (4), die um ihre Längsachse drehbar gelagert ist, bei der die Walze (4) mit Hilfe von auf mindestens eine Walzenseitenfläche (4c) einwirkenden Kräften eines elektromagnetischen Feldes in Drehbewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektromotorische Antriebseinrichtung (32) mit einem Rotor und einem Stator vorhanden ist, die in die Walze (4; 3a, 3b, 3c; 5; 6) bzw. in ein ortsfestes, der Walze zugeordnetes Maschinenelement (19a) integriert sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor in die Walze (4; 3a, 3b, 3c; 5; 6) und der Stator in das Maschinenelement (19a) integriert sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ortsfeste Maschinenelement (19a) ein Seitenschild ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Walzenseitenfläche (4c) und dem Seitenschild (19a) ein Luftspalt (40) vorhanden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der elektromotorischen Antriebseinrichtung (32) direkt mit der Walze (4) und der Stator derselben direkt mit dem feststehenden Seitenschild (19a) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Seitenschild (19a) der Walzenseitenfläche (4c) gegenüberliegt und einen Wellenzapfen (23a) der Walze (4) abstützt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der elektromotorischen Antriebseinrichtung (32) von einer Scheibe (37) gebildet ist, die der Walze (4) zugeordnet ist und drehfest auf einem Wellenzapfen (23a) befestigt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Scheibe (37) Permanentmagnete (30) des elektromotorischen Antriebs (32) angebracht sind und auf dem die Walze (4) tragenden Seitenschild (19a) elektrische Spulen (31) befestigt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinrichtung (32) Permanentmagnete (30) aufweist, die an einer Innenseite eines Mantels der Walze (4) angebracht sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinrichtung (32) Permanentmagnete (30) aufweist, die an der Walzenseitenfläche (4c) der Walze (4) angebracht sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinrichtung (32) Permanentmagnete (30) aufweist, die an einer mit der Walze (4) oder deren Achse (23a) drehfest verbundenen Scheibe (37) angebracht sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinrichtung (32) elektrische Spulen (31) aufweist, die an dem die Walze (4) tragenden Seitenschild (19a) angebracht sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinrichtung (32) derart ausgebildet ist, dass sie mit einem Frequenzumrichter (33) betrieben werden kann.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinrichtung (32) derart ausgebildet ist, dass sie als elektromotorische Bremseinrichtung herangezogen werden kann.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebs- und/oder Bremseinrichtung (32) der Walze (4) und einem Maschinengestell (24a) zugeordnet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinrichtung und/oder Bremseinrichtung (32) in rotierende Bauteile der Walze (4) und in ein ortsfestes Maschinengestell (24a) integriert ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator der elektromotorischen Antriebseinrichtung (32) ein Spulensystem aus einer Mehrzahl von Spulen (31) aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, das der Rotor der elektromotorischen Antriebseinrichtung (32) ein Magnetsystem aus einer Mehrzahl von Magneten (30) aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (30) Permanentmagnete sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinrichtung (32) so ausgebildet ist, dass die Walze (4) über ein magnetisches Drehfeld in Drehbewegung versetzbar ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abbremsen der Walze (4) das Drehfeld in den Spulen (31) erzeugbar ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Drehfelds zum Abbremsen der Walze (4) Wechselspannungen in den Spulen (31) erzeugbar sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, mit der die elektromotorische Antriebseinrichtung (32) als elektromotorische Bremseinrichtung und umgekehrt betreibbar ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinrichtung (32) ein Asynchronmotor ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinrichtung (32) ein bürstenloser Motor ist.
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