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Die
Erfindung betrifft einen selbstfahrenden bzw. autonom arbeitenden
Rasenmäher
mit Motorantrieb.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten selbstfahrenden Rasenmäher weisen
eine Schneideinrichtung auf, die Schnittmesser mit einer begrenzten
Schnittbreite von weniger als 30 cm umfassen. Eine ausreichende
Schnittbreite konnte daher bei diesen Mähern nur mit einer Vielzahl
von Messern erreicht werden.
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Die
Verwendung einer Vielzahl von Messern mit jeweils eigenständigen motorischen
Antrieben ist aber eine sehr aufwendige Konstruktion.
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Ein
weiterer Nachteil der aus dem stand de Technik bekannten selbstfahrenden
Rasenmäher
ist, dass die Schneideeinrichtungen um eine vertikale Achse drehbar
gelagert. Daher schlagen die Schneiden im Betrieb das Gras ab, wodurch
im Bereich, in dem das Gras abgeschlagen wurde der Grashalm verletzt
wird. Dies beeinträchtigt
die Schnittqualität ganz
erheblich.
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Ein
weiterer Nachteil ist die geringe Schnittbreite der aus dem Stand
der Technik bekannten selbstfahrenden Mähroboter bei Verwendung nur
eines einzigen Motors.
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Bei
selbstfahrenden Rasenmähern
sind Motor und Schneideeinrichtung von einem Gehäuse umschlossen. Das Gehäuse wird
von einem Fahrgestell getragen bzw. weist Räder auf, die auf dem Rasen
abrollen. Zum selbständigen
Verfahren weisen die Räder
zunächst
teilweise einen Antrieb auf.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Nachteile des Standes
der Technik zu überwinden,
insbesondere, einen selbstfahrenden Mähroboter bzw. Rasenmäher anzugeben,
der eine einfache Konstruktion bei großer Schnittbreite aufweist.
Des Weiteren soll der erfindungsgemäße Mähroboter gegenüber den
aus dem Stand der Technik bekannten Mähern eine bessere Schnittqualität auch bei
verschiedenen Grashöhen
erreichen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, bei
einem autonom arbeitenden Rasenmäher,
der einen Elektromotor, wenigstens ein Schneidsystem, wenigstens
ein Antriebsrad, wenigstens eine elektronische Steuer- und/oder
eine Regeleinheit sowie eine wieder aufladbare Batterie und/oder
Photovoltaikzellen umfasst ein Schneidsystem vorzusehen, das wenigstens
eine um eine horizontale Achse umlaufende Schneidspindel umfasst.
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Dadurch,
dass die bei den selbstfahrenden Mähern aus dem Stand der Technik
bekannte entlang einer vertikalen Achse drehbar gelagerten Schneiden durch
ein Schneidsystem, das eine um eine horizontale Achse umlaufende
Schneidspindel umfasst, ersetzt wurde, können im Vergleich zu den Systemen aus
dem Stand der Technik große
Schnittbreiten sehr einfach und mit wenig Aufwand realisiert werden.
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Bevorzugt
beträgt
die Schnittbreite der Schneidspindel mehr als 32, ganz bevorzugt
mehr als 35 und besonders bevorzugt mehr als 38 cm.
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Der
konstruktiv einfache Aufbau des erfindungsgemäßen autonom arbeitenden Rasenmähers mit
einer Schneidspindel beruht vor allem darauf, dass nur ein einziger
Antrieb für
die Schneidspindel notwendig ist. Bei den Systemen gemäß dem Stand der
Technik war es hingegen notwendig, um die großen Schnittbreiten zu erzielen,
mehrere Schneideinrichtungen, beispielsweise nebeneinander liegend anzuordnen.
Da jedes Schneidsystem gemäß dem Stand
der Technik mit einem eigenen Antrieb ausgestattet ist, sind diese
Systeme konstruktiv und in der Herstellung sehr aufwendig.
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Besonders
bevorzugt ist wenn der autonom arbeitende Rasenmäher nur eine einzige Schneidspindel
umfasst.
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Da
die Lagerung der breiten Schneidspindel ebenfalls wiederum sehr
aufwendig sein kann, wird eine konstruktiv besonders einfache Anordnung
eines autonom arbeitenden Rasenmähers
dann erreicht, wenn die Schnittbreite der Schneidspindel geringer
als 1 m, bevorzugt geringer als 60 cm, ganz bevorzugt geringer als
50 cm ist.
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Die
konstruktiv optimale Schnittbreite liegt somit in einem Bereich
von 32 cm bis 1 m Schnittbreite der Schneidspindel.
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Der
konstruktiv einfache Aufbau ist insbesondere dann ganz entscheidend,
wenn der autonom arbeitende Rasenmäher von ungeübtem Bedienpersonal,
d.h. im Freizeitbereich verwendet werden soll. Außerdem ist
die Größe der Schneidspindel
durch ihr Gewicht wegen der nur begrenzt zur Verfügung stehenden
Leistung der Elektromotoren insbesondere beim Anfahren limitiert,
da insbesondere die Kapazität
der wiederaufladbaren Batterie begrenzt ist.
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Bevorzugt
stellt die rotierende Schneidspindel das rotierende Obermesser ein
Schneidsystem zur Verfügung.
Das Untermesser des Schneidsystems ist feststehend. Zwischen dem
rotierten Obermesser und dem Untermesser wird ein Schnittspalt ausgebildet,
ergebend berührungsloses
Spindelschneidwerk. Eine derartige Ausgestaltung des Schneidsystems
ist besonders deswegen bevorzugt, weil bei umlaufender Schneidspindel
nur ein geringer Kraftaufwand zum Drehen des Messers erforderlich ist.
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Um
möglichst
die Spindel mechanisch zu schonen, wird die Drehzahl der Spindel
mittels eines geregelten Antriebes langsam vom Stillstand auf die Betriebsdrehzahl
von ungefähr
500 bis 1000 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt 700 Umdrehungen pro Minute
gebracht. Besonders bevorzugt ist es, wenn an der Spindel eine Vorrichtung
zur Leistungsmessung vorgesehen ist. Mit Hilfe der Leistungsmessung an
der Spindel ist es möglich,
die Spindel leistungsabhängig
anzusteuern. So ist bei niedrigem Gras die Leistungsaufnahme gering,
bei hohem Gras entsprechend höher.
Insbesondere ist es durch eine derartige Messung auch möglich, einen
Blockierfall zu detektieren. Liegt ein Blockierfall vor, der sich
durch eine hohe Leistungsaufnahme auszeichnet, d. h. dann wenn ein
bestimmter Leistungswert überschritten
wird, so kann ein kurzes Rückwärtsfahren
der Spindel eingeleitet werden, wodurch die Spindel wieder freiläuft und
die Blockierung aufgehoben wird. Das Gerät selbst kann hierbei zurückfahren.
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Der
selbstfahrende Rasenmäher
zeichnet sich dadurch aus, dass er wenigstens zwei Antriebsräder aufweist.
Bevorzugt wird jedem Antriebsrad ein eigener motorischer Antrieb
zugeordnet. Durch Ansteuerung der jeweiligen, den Rädern zugeordneten Antriebsmotoren
wird erreicht, dass der selbstfahrende Rasenmäher auch Kurven fahren kann.
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Neben
den zwei Antriebsrädern
ist in einer bevorzugten Ausführungsform
des selbstfahrenden Rasenmähers
vorgesehen, dass beispielsweise zwei weitere höhenverstellbare Räder vorgesehen
sind. Die Höhenverstellung
dieser beiden Räder
dient dazu, die Schnitthöhe
des Schneidsystems gegenüber der
Rasenoberkante einzustellen. Bevorzugt erfolgt die Höhenverstellung
mittels dieser Räder
derart, dass der Schnittwinkel des Schneidwerks, der im Wesentlichen
durch den Schnittspalt bedingt wird auch bei Höhenverstellung weitgehend unverändert bleibt.
Hierdurch wird, eine stets gleiche Schnittqualität gewährleistet. Die zuvor beschriebene
Höhenverstellung
ist nur beispielhaft. Möglich
wären auch
andere Arten der Höhenverstellung.
Beispielsweise könnte
auch eine Höhenverstellung
der Schneidspindel möglich
sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Höhenverstellung motorisch erfolgt.
Eine motorische Verstellung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
z.B. eine Höhenverstellung
in Abhängigkeit
von der aufgenommenen Leistung vorgenommen wird. So kann z.B. eine
hohe Leistungsaufnahme dazu führen,
dass eine niedrige Schnitthöhe
eingestellt wird.
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Bevorzugt
stellt der autonom arbeitende Rasenmäher ein Teil eines Systems
dar, dass eine Ladestation zum Laden der wiederaufladbaren Batterien
umfasst. Die Ladestation kann auch dazu dienen, dass der selbstfahrende
Rasenmäher
vor Umwelteinflüssen
wie zum Beispiel Regen geschützt
wird. Hierzu kann am Rasenmäher
ein Regensensor vorgesehen sein, der bei Regen dem selbstfahrenden Rasenmäher die
Anweisung gibt in die Ladestation zurückzukehren. Um den selbstfahrenden
Rasenmäher
wiederum zu aktivieren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ladestation
einen Feuchtesensor und/oder Regensensor aufweist. Ein derartiger Feuchtesensor
ist ein aus dem Stand der Technik hinlänglich bekanntes und derzeit
bereits ein kommerziell erhältliches
Bauteil, beispielsweise von der Firma Gardena Ulm. Wenn der Feuchtesensor
eine ausreichende Trockenheit der zu mähenden Fläche detektiert, so setzt sich
der selbstfahrende Rasenmäher
erneut in Betrieb.
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Selbstverständlich ist
es möglich,
dass System noch mit weiteren Sensoren auszustatten. So kann beispielsweise
eine Regelung vorgesehen sein, bei der über einen Detektor die Leistungsaufnahme gemessen
wird. Anhand der Leistungsaufnahme kann dann vorgesehen sein, dass
die Regelung entscheidet, ob ein Rasenschnitt erfolgen soll oder
nicht. Ist die Leistungsaufnahme zu gering, d.h. liegt sie unter
einem Schwellenwert, so ist das Gras noch nicht ausreichend hoch
gewachsen und ein Rasenschnitt wird trotz Signal vom Trockensensor,
dass ein Rasenschnitt möglich
ist, nicht durchgeführt.
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Erfindung, bei der die
Ladestation lediglich einen Stromanschluss umfasst und die Elektronik,
die die Ladung der wieder aufladbaren Batterie steuert, im Elektronikbauteil
des selbstfahrenden Rasenmähers
untergebracht ist. Wenn die Regelung der Batterieaufladung nicht
wie bislang üblich
in einem externen Gerät
in der Ladestation geregelt wird, sondern im Elektronikbauteil des
selbstfahrenden Rasenmähers
selbst, können aufwendige
externe Geräte
eingespart werden. Das Elektronikbauteil des selbstfahrenden Rasenmähers ist
somit zum einen der Mikrocontroller für die Ladeschaltung wie auch
der Mikrocontroller, der den Bewegungsablauf des selbstfahrenden
Rasenmähers steuert
bzw. regelt.
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Die
Ladeschaltung kann sowohl die Ladung der wiederaufladbaren Batterie
im Betriebszustand übernehmen
wie auch die Ladung der Batterie im Haltungszustand, beispielsweise,
wenn der Rasenmäher über Winter
außer
Betrieb genommen wird. Des Weiteren wäre es möglich, die Steuersignale für den selbstfahrenden
Rasenmäher über eine
an der Ladestation angeordnete Funkantenne zu übertragen. Der selbstfahrende
Rasenmäher
müsste
dann mit einem entsprechenden Empfänger ausgestattet sein.
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In
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der selbstfahrende Rasenmäher
ein Schiebegestänge
aufweist, das einen Handschiebebetrieb ermöglicht. Die Kombination des
selbstfahrenden Rasenmähers
mit einem Handschiebegestänge
erlaubt es, dass beispielsweise in Zonen, in denen ein automatisches Mähen der
Rasenfläche
nicht vorgesehen ist, der selbstfahrende Rasenmäher außer Betrieb gesetzt werden
kann und mit dem Schiebegestänge
diese Rasenfläche
gemäht
werden kann. Der Elektroantrieb dient dabei weiterhin zum Antrieb
der Spindel, lediglich das Verfahren erfolgt nunmehr durch einen externen
Bediener.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführung beispielhaft beschrieben
werden.
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Es
zeigen:
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1 Eine
dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen selbstfahrenden Rasenmähers
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2 Eine
Ansicht eines selbstfahrenden Rasenmähers
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3 Eine
Seitenansicht eines selbstfahrenden Rasenmähers
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In 1 ist
eine dreidimensionale Ansicht eines selbstfahrenden Rasenmähers gezeigt.
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Der
selbstfahrende Rasenmäher
umfasst einen Rahmen 2. Der Rahmen 2 umfasst Bohrungen 4, die
eine Schneidachse 6 einer Spindel 8 aufnimmt. Die
Spindel 8 umfasst Schneidmesser 10.1, 10.2. Mittels
eines in 1 nicht dargestellten Antriebes kann
die Spindel 8 um die vertikale Achse 4 rotieren.
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Oberhalb
der Spindel ist als Schutz eine Abdeckung 12 vorgesehen.
Die Messer 10.1, 10.2 der Spindel bilden die Obermesser
des Schneidwerkes 20, dass aus der rotierenden Spindel
mit Obermessern 10.1, 10.2 sowie einem feststehenden
Untermesser 22 besteht. Das Untermesser 22 weist
einen Abstand zum rotierenden Obermesser 10.2 auf. Dies ist
in 3 näher
dargestellt. Aufgrund des Abstandes zwischen rotierenden Obermesser 10.2, 10.2 und
feststehendem Untermesser 22 ist das in 1 dargestellte
Schneidwerk ein so genanntes berührungslose
Spindelschneidwerk.
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Die
Rahmenteile des Rahmens 2 werden durch nicht dargestellte
Querträger
zusammengehalten. Auf die Querträger
wiederum sind ein Elektronikbauteil 24, das die Elektronik
des autonom arbeitenden Rasenmähers
aufnimmt sowie wiederaufladbare Batterien 26.1, 26.2 angeordnet.
Die aufladbaren Batterien 26.1, 26.2 speisen insgesamt
zwei Antriebsmotoren (nicht gezeigt) des selbstfahrenden Rasenmähers. Die
nicht gezeigten Antriebsmotoren treiben jeweils für sich die
Antriebsräder 28.1, 28.2 an.
Neben den Antriebsrädern 28.1, 28.2 sind
Führungsräder 30.1, 30.2 vorgesehen.
Die Führungsräder sind
wiederum in einer Hülse 32.1, 32.2 vertikal entlang
der Richtung 34.1, 34.2 verschiebbar ausgebildet.
Durch die Verschiebbarkeit der Führungsräder 30.1, 30.2 entlang
der Richtung 34.1, 34.2 kann die Schnitthöhe des Schneidwerkes
wie in 3 gezeigt eingestellt werden.
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Eine
Einstellung der Schnitthöhe
des Schneidwerkes wäre
aber auch möglich,
indem das Schneidwerk selbst beispielsweise motorisch angehoben
wird. Eine derartige Ausführungsform
ist vorliegend nicht dargestellt. Generell kann die Höhenverstellung
entweder manuell ausgeführt
werden oder aber auch motorisch. Bei einer motorischen Höhenverstellung
wäre es
möglich,
diese mit einem Regelsignal per Elektronik des autonom arbeitenden Rasenmähers zu
koppeln. Wird von der Elektronik die Leistungsaufnahme an der Spindel über einen nicht
dargestellten Sensor erfasst, so könnte in Abhängigkeit vom aufgenommenen
Leistungssignal die Schnitthöhe über den
motorischen Antrieb eingestellt werden. Auf diese Art und Weise
wäre stets
eine optimale Schnitthöhe
gewährleistet,
selbst wenn sich die Schnitthöhe
des Grases ändert.
In einer nicht dargestellten weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst
der selbstfahrende Rasenmäher
ein Schiebegestänge
und lässt
sich vom automatischen Betrieb auf Handbetrieb umstellen. Auf diese
Art und Weise ist möglich,
Rasenflächen
zu mähen,
die beispielsweise automatisch nicht gemäht werden können.
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Die
Steuerelektronik ist in Elektronikbauteil 24 untergebracht
und regelt unter anderem den Antrieb des selbstfahrenden Rasenmähers sowie
den Antrieb der Spindel. Wird der Rasenmäher in Betrieb gesetzt, sorgt
die Elektronik in der Regeleinheit 24 dafür, dass
das Schneidmesser 8 langsam angefahren wird. Hierdurch
wird die Spindel mechanisch nur gering belastet. Ist das Messer
auf Betriebsdrehzahlen vom ungefähr
800 Umdrehungen pro Minute, so reicht die Schwungmasse der Spindel
aus, um mit verminderter Energie die Spindel rotieren zu lassen.
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Der
Antrieb der Räder
erfolgt ebenfalls geregelt. Bevorzugt ist in der einen Elektronik
eine Regelung hinterlegt, die eine kontrollierte Bewegung des selbstfahrenden
autonomen Rasenmähers
auf der zu schneidenden Rasenfläche
ermöglicht.
Neben einer kontrollierten Bewegung könnte der selbstfahrende Roboter
aber auch so geregelt werden, dass er einen so genannten „random
walk", also eine
Zufallsbewegung durchläuft.
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In 2 ist
der in 1 in dreidimensionalen Ansichten dargestellte
autonom arbeitende Rasenmäher
im Schnitt gezeigt. Vergleiche Bauteile werden gleiche Bezugsziffern
verwandt. Bei der dreidimensionalen Schnittdarstellung gut zu erkennen
sind die Antriebmotoren 40.1, 40.2 der Antriebsrades 28.1 sowie
des nicht dargestellten Antriebsrades 28.2. Des Weiteren
ist zu erkennen sind der Antriebsmotor 42 der Spindel 8 und
die Ausgestaltung der Spindel 8 mit insgesamt fünf Schneidmessern 10.1, 10.2, 10.3 10.4 und 10.5.
Des Weiteren ist die Rotationsachse 4 der Spindel erkennbar
sowie das Untermesser 12 und die Befestigung 44 am
Rahmen 2.
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In 3 ist
in einer Seitenansicht ein autonom arbeitender Mähroboter gemäß 1 und 2 dargestellt.
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Gleiche
Bauteile wie in den vorgenannten Figuren sind mit denselben Bezugsziffern
belegt.
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In 3 gut
zu erkennen ist das Untermesser 12 sowie die Schneidmesser 10.1, 10.2 und 10.5. Des
Weiteren angegeben ist ein äußerer Umfang 50, der
die Außenkante
der Schneidmesser umschließt. Deutlich
zu erkennen ist der Spalt S zwischen Untermesser 12 und
dem Kreisumfang 50 der den Spalt zwischen den Obermessern 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5 und
Untermesser 12 kennzeichnet. Dieser Spalt ist charakteristisch
für das
hier dargestellte berührungslose
Schneidwerk.
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Die
Schnittfläche
ist der Abstand des Schnittspaltes von einer ebenen Fläche. Durch
eine Höhenverstellung
der Führungsräder 30.1, 32.1 entlang Pfeil 34.1, 34.2 kann
die Schnitthöhe
h des Schneidwerkes eingestellt werden. Vorteilhafter Weise wird durch
eine derartige Höheneinstellung
das Schneidwerk nur wenig geneigt. Dadurch bleibt bei verschiedenen
Schneidhöhen
h der durch das Schneidwerk vorgegebene Schnittwinkel stets im Wesentlichen gleich.
Der Schnittwinkel ist in 3 mit α angegeben. Wird der Mäher in der
Höhe verstellt,
so ergibt sich der durch die strichpunktierte Linie 100 definierte Schnittwinkel α'. Selbstverständlich kann
eine Höhenverstellung
auch motorisch erfolgen und nicht nur wie eingezeichnet manuell.
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Durch
den gemäß der Erfindung
angegebenen autonom fahrende Rasenmäher wird somit erstmal ein
einfach aufgebauter autonom fahrender Rasen abgegeben, der sich
durch eine gleich bleibende Schnittqualität bei unterschiedlichen Schnitthöhen auszeichnet
und insbesondere durch eine verbesserte Schnittqualität gegenüber bisherigen
Systemen mit vertikal rotierenden Messern.
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Des
Weiteren zeichnet sich das System durch eine sehr niedrige Leistungsaufnahme
aufgrund der großen
Masse des einmal in Bewegung gesetzten Spindelschneidewerks aus.