DE2736739A1 - Schneidwerkzeug fuer rasenmaeher - Google Patents

Description

11. August 1977 -6- Anmelder: Roper Corp.

1905 West Court St.

Kankakee,Ill. 60901

USA

Schneidwerkzeug für Rasenmäher

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug für einen Rasenmäher mit einer zu einer Drehbewegung antreibbaren Schneidscheibe mit mindestens einer gegenüber dem Scheibenrand radial nach innen zurückgesetzten Fassung, in der ein Schneidwerkzeug derart befestigbar ist, daß es zumindest im wesentlichen radial zu der Schneidscheibe verläuft und mi^4inem äusseren Endbereich über den Scheibenrand vorsteht.

Bei den üblichen Rasenmähern, welche noch ganz allgemein im Gebrauch sind, läuft ein geschärftes Stahlmesser mit hoher Geschwindigkeit parallel zum Boden um. Andererseits hat man seit langem erkannt, daß ein solches Stahlmesser mit seinen scharfen Schneidkanten und seinem hohen Trägheitsmoment erhebliche Gefahren mit sich bringt. Es wurden nun bereits verschiedene Versuche unternommen, um diese Gefahren zu verringern. Beispielsweise offenbart die US-PS 3 320 732 die Möglichkeit der Verwendung von einzeln schwenkbar gehalterten Schneidwerkzeugen bzw. Mähelementen. Weiterhin ist aus der US-PS 3 474 608 ein schneckenförmiger Träger mit Schneidwerkzeugen aus Kunststoff bekannt. Schneiawerkzeuge aus Kunststoff v/erden ferner in der US-PS 3 104 510 beschrieben. Andererseits ist bei den beiden zuletzt erwähnten bekannten Konstruktionen der Träger für die Schneidwerkzeuge selbst wieder so ausgebildet, daß er auf in seinen Weg gelangende Gegenstände wuchtige Schläge ausüben kann, so daß nicht nur die Gefahr einer unmittelbaren Verletzung der Bedienungsperson besteht, sondern darüberhinaus die Gefahr,

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daß von dem Träger getroffene Steine oder dergleichen fortgeschleudert werden und so die Gefahr von Sach- und Personenschäden mit sich bringen.

Es wurde auch bereits versucht,die Gefahren der derzeit üblichen Rasenmäher durch die Verwendung von durch die Fliehkraft gespannten Fäden aus Nylon oder dergleichen als Schneidelemente zu verringern. Beispiele für die Ergebnisse dieser Versuche finden sich in der FR-PS 1 281 450 und in der DT-GM -Schrift 69 19 841. Aufgrund der Tatsache, daß bei diesen bekannten Rasenmähern lediglich die Fliehkraft zum Spannen der Schnei de leinen te verwendet wird, sind diese nur zum Schneiden von sehr schwachen Pflanzen bzw. gepflegten Rasenflächen geeignet, da die Fäden bei einem stärkeren Widerstand, wie ihn z. B. die harten Stengel von Unkräutern bieten, ausweichen und unwirksam werden. Ausserdem hat es sich gezeigt, daß fadenförmige Schneidelemente leicht reissen und häufig ersetzt werden müssen.

Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wirksames, billiges und gleichzeitig ungefährliches Schneidwerkzeug für einen Rasenmäher anzugeben, der in üblicher Weise mit einer zu einer Drehbewegung antreibbaren Schneidscheibe versehen ist, welche zum Zwecke der Aufnahme der neu entwickelten Schneidwerkzeuge mit entsprechenden gegenüber dem Scheibenrand radial nach innen zurückgesetzten Fassungen bzw. mit mindestens einer Fassung zur Aufnahme mindestens eines Schneidwerkzeuges versehen ist.

Die gestellte Aufgabe ist gemäss 6er Erfindung dadurch gelöst, daß das Schneidwerkzeug als einstückiges Kunststoffteil aus hartem, zähen, elastischem und abriebfestem Kunststoff in Form eines insgesamt im wesentlichen konischen Schneidstiftes ausge-

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bildet ist und einen der Sicherung des Schneidzapfens in der Fassung dienenden Kopf an seinem inneren Ende sowie einen relativ dicken Schaft aufweist, der sanft in einen relativ dünnen, steif-elastischen, äusseren Endbereich übergeht.

Erfindungsgemäss wird also ein Schneidwerkzeug in Form eines Schneidstiftes aus einem dauerhaften elastischen Kunststoffmaterial vorgeschlagen, welcher nach Art eines Kragarms in einer Schneidscheibe montiert werden kann, wobei der äussere Endbereich, welcher in radialer Richtung frei über den Scheibenrand vorsteht, ausreichend steif ist, um bei rotierender Schneidscheibe Gras und dergleichen zu schneiden, ohne daß es hier-zu der Fliehkraft bedürfte, jedoch andererseits ausreichend nachgiebig und elastisch ist, um sich federnd ausweichend nach hinten umzulegen, wenn er auf ein feststehendes oder schweres Hindernis trifft, so daß die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung oder Verletzung erheblich reduziert ist.

Es ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemassen Schneidwerkzeuges, daß mit seiner Hilfe das Gras sauberer und wirksamer geschnitten werden kann, obwohl dabei ein hohes Mass an Sicherheit aufrechterhalten wird. Insbesondere wird dies in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß das als Schneidstift ausgebildete Schneidwerkzeug einen abgeflachten blattartigen Endbereich besitzt, der eine relativ scharfe Schneidkante aufweist, welche beim Auftreffan auf ein Hindernis eine kombinierte Biege- und Drehbewegung ausführt, wobei die am hindernis auftreffende Kante sich wegdreht, so daß sich eine flache Seitenfläche des Schneidstiftes darbietet, welche über das Hindernis hinwegstreicht, so daß sich sowohl für das erfasste Objekt als auch für den Schneidstift selbst nur eine sehr geringe Gefahr von Beschädigungen ergibt. Bei dieser Ausgestaltung ist es dabei

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weiterhin ein Vorteil, daß der Schneidstift unmittelbar nach Passieren des Hindernisses wieder in seine Normalstellung für das Grasschneiden zurückkehrt.

Ein wesentlicher Vorteil des Schneidwerkzeuges gemäss der Erfindung besteht ferner darin, daß dieses einerseits dauerhaft und wirtschaftlich zu fertigen ist und daß es andererseits bequem vom Benutzer ersetzt werden kann, wenn dies aufgrund des normalen Verschleisses erforderlich ist, wobei die Kosten für einen Ersatz-Schneidzapfen nur einige v/enige Pfennige betragen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche.

Es zeigen:

Fig.1 einen Rasenmäher mit Schneidwerkzeugen gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Draufsicht auf die Unterseite des Rasenmähers gemäss Fig. 1;

Fig. 3 eine Teildraufsicht auf die Schneidscheibe des Rasenmähers gemäss Fig. 1 und 2 irit einen Schneidstift gemäss der Erfinuung;

Ficj. A Line Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer bevorzug- und 5 ten Ausführungsform eines Schneidstiftes gemäss der Erfindung;

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Fig. 6-8 Querschnitte längs der Linien 6-6,7 - 7 bzw. 8-8 in Fig. 5;

Fig. 8 a einen der Fig. 8 ähnlichen Querschnitt, jedoch für einen verkanteten Endbereich des Schneidstiftes;

Fig. 8 b einen der Fig. 8 ähnlichen Querschnitt, jedoch für ein abgewandeltes Profil des Endbereichs;

Fig. 9 eine Draufsicht auf die Spitze des Schneidstiftes gemäss Fig. 5, gesehen von der Linie 9 - 9 in Richtung der Pfeile;

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung des Schneidstiftes gemäss Fig. 4-9 zur Verdeutlichung der Dreh- und Auslenkbewegung desselben bei Auftreffen auf ein Hindernis;

Fig. 11-13 eine Draufsicht, eine Seitenansicht bzw. eine Stirnansicht eines abgewandelten Schneidstiftes gemäss der Erfidnung;

Fig. 14 - 15a

und 1^- 17a entsprechende Darstellungen weiterer abgewandelter Ausführungsformen gemäss der Erfindung;

Fig. 18 und

a eine erste Prüfanordnung für einen Schneid stift gemäss der Erfinuung;

Fig. 19 und

a eine zweite Prüfanordnung für einen Schneid stift gemäss der Erfindung.

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Im einzelnen zeigen die Figuren 1 und 2 einen typischen Rasennäher 20 mit Schneidstiften gemäss der Erfindung. Der Rasenmäher 20 besitzt ein flaches, nach unten offenes Gehäuse 21, welches auf Rädern 22 läuft und mittels eines Handgriffs 23 gelenkt und geschoben wird. An der Oberseite des Gehäuses 21 1st ein Motor 24 montiert, der eine Welle 25 besitzt, an der Im Inneren des Gehäuses eine SehneIdScheibenanordnung 30 montiert 1st. Letztere weist einezu einer Drehbewegung antreibbare Schneidscheibe 31 auf, welche beispielsweise aus Kunststoff gegossen sein kann und Fassungen 32 trägt, die In radialer Richtung gegenüber dem Scheibenrand nach innen versetzt sind und die dazu dienen, Schneidstifte 33 gemäss der Erfindung zu haltern. Die Schneidscheibe 31 ist angrenzend an jede der Fassungen derart ausgeschnitten, daß sich ein vorderer Anschlag 35, ein hinterer Anschlag 34 und eine die beiden Anschläge miteinander verbindende Brücke 36 ergeben. Die Brücken 36 der Fassungen liegen dabei auf dem Mantel eines flachen Kegels um die Schneidscheibenachse, so daß die Schneidstifte 33 in ihrer Schneidstellung schräg nach aussen und unten gerichtet sind, wie dies aus Fig. 5 deutlich wird.

Wie die Figuren 4 bis 10 zeigen, die der Darstellung einer bevorzugten Ausführungsforn einesSchneidstiftes gemäss der Erfindung dienen, besitzt der Schneidstift 33 typischerweise einen relativ dicken Schaft 41 mit einem einstückig angeformten Kopf 42. An seinem äusseren Lnce besitzt der Schr.eidstif t einen dünnen steif-elastischen Encibereich 43 mit zueinander parallelen Schneidkanten 43a, 43b, welche in einer Spitze 44 enden. Der Schaft des Schneiclstiftes 33 ist mit einstückig angeforn.ten Rippen 45, vorzugsweise vier an der Zahl, versehen, so daß sich ein kreuzförmiger Querschnitt ergibt,vx±si zwischen den Rippen

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45 in Längsrichtung verlaufende Nuten oderRinnen 46 liegen. Die Rippen 45 nehmen ausgehend von dem Kopf 42, wo sie ihre grösste Höhe besitzen, in der Höhe ständig ab, und zwar bis auf den Wert O angrenzend an den Endbereich 43. Die Rinnen 46 besitzen ebenfalls eine von innen nach aussen abnehmende Tiefe und sind derart abgerundet, daß Spannungskonzentrationen vermieden werden. Es versteht sich, daß jede Fassung 32 der Schneidscheibe 31 ein entsprechend passendes kreuzförmiges Profil aufweist, um den in ihr befindlichen Schneidstift in der in Fig. 5 und 8 gezeigten nahezu horizontalen Lage zu halten. Stattdessen oder zusätzlich kann eine flache Seite des Kopfes 42 an der Unterseite der Schneidscheibe 31 anliegen, um eine Drehung des Schneidstiftes 33 um seine Längsachse zu verhindern. Während vier Rippen bevorzugt werden, kann die Zahl der Rippen variieren, beispielsweise zwischen 2 und 5, wobei die Rippen so ausgerichtet werden können, daß wenigstens eine von ihnen in ihrer Verlängerung als Schneidkante dient.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform verjüngt sich der Schneid stift 33 von innen nach aussen gleichmässig, und zwar in einer im Betrieb senkrechten Ebene sowohl längs des Schaftes als auch längs des Endbereichs, so daß sich an der Spitze eine Dicke bzw. Höhe (t) ergibt, wobei der gesamte Endbereich eine mittlere Höhe aufweist, welche nicht wesentlich grosser ist als die Höhe (t). In einer im Betrieb horizontalen Ebene ist die Breite Vi des Schneidstiftes 33 im wesentlichenkonstant, was bedeutet, daß der Endbereich des Schneidstiftes eine Breite aufweist, die im wesentlichen gleich der maximalen Breite des Schaftes 41 ist. Das Verhältnis von Breite zu höhe liegt vorzugsweise in der Grössenordnung von 3:1. Wie Fig. 8 zeigt, führt dieser /oifbau zu einem Trägheits- Biegemoment um eine horizontale neutrale x-Achse, welches wesentlich kleiner als das Trägheits-Biegemoment

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um eine dagegen um 90 ° versetzte neutrale y-Achse. Dies νιηά der glatte konische Übergang zwischen dem Endbereich 43 und dem Schaft 41 führt dazu, daß der Schneidstift bei einem Auftreffen auf eine festes oder schweres Hindernis die Tendenz hat, sich um seine Achse zu verdrehen und so eine örtliche überlastung und ein Ausbeulen zu vermeiden, wenn er nach hinten ausweicht.

Beim normalen Schneiden von Gras oder anderen Gewächsen behält der Endbereich 43 des Schneidstiftes 33 freitragend seine horizontale Ausrichtung bei und trifft folglich mit einer relativ scharfen Kante auf das Gras auf, wie dies in ähnlicher Weise für die Schneidkante von üblichen metallischen Schneidnessern gilt, verdreht sich dabei jedoch federnd um einen kleinen Winkel in der Grössenordnung von 5 - 10 °, und zwar aufgrund des Reaktions-Drehmomentes.

Es sei angenommen, daß die Schneidscheibe 31 einen Durchmesser vo_n etwa 35 cm aufweist und mit einer Drehzahl von 3.200 üpm umläuft. Da eine scharfe Schneidkante vorhanden ist, wird unter diesen Voraussetzungen auf jeden Grashalm in einem eng begrenzten Bereich ein scharfer Schlag ausgeübt, so daß das Zerquetschen oder Zerreisen der Grashalme, welches bei den bekannten Rasenmähern dazu führt, daß der Rasen ein oder zwei Tage nach dem Schneiden eine bräunliche Farbe annimmt, vermieden wird. Ausseraem ist wegen dar Masse an der Spitze des Gchr.eidstiftes, wo der Schneidvorgang tatsächlich stattfindet, eine beträchtliche Menge an Energie vorhanden, um Gras und dergl. sauber zu ciurchtrennen, unc zwar selbst bei relativ niedrigen Drehzahlen. Die Spitze des Schneidstiftes 33 hat vorzugsweise eine Höhe zwischen etwa 3 und 1,5 mm.

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Ein wesentliches Merkmal einer bevorzugten Ausführungsform besteht darin, daß der Endbereich bzw. die Spitze des Schneidstiftes 33 im Querschnitt linsenförmig ist, wie dies Fig. 8 zeigt,wobei auf gegenüberliegenden Seiten scharfe Schneidkanten vorgesehen sind. Es zeigt sich, daß eine derartige Form aerodynamisch stabil und wirksam ist, so daß Luftwirbel und Tendenzen zum Flattern auf ein Minimum reduziert werden. Wegen der Abrundung der Unterseite des Schneidstiftes und aufgrund seiner schrägen Ausrichtung nach unten ergibt sich eine verringerte Tendenz dafür, das das abgeschnittene Gras mitgenommen wird. Diese Tendenz kann dadurch noch weiter verringert werden, daß man den Schneidstift 33 in der Schneidscheibe so ausrichtet, daß sich schräg nach unten ein Anstellwinkel β ergibt, wie dies Fig. 8a zeigt. Untersuchungen zeigen, daß die vorstehend dargelegten vorteilhaften Betriebsbedingungen erreicht werden können, wenn der Endbereich ein Verhältnis von Breite zu Höhe aufweist, welches im wesentlichen in dem Eereich zwischen 1,5 und 4,5 liegt, wobei ein Mittelwert in der Grössenordnung von 3,O bevorzugt wird.

Einer der Hauptvorteile der Verwendung eines Schneidstiftes mit einem flachen blattartigen Endbereich, welcher einstückig mit einem feststehenden Schaft grösseren Durchmessers ausgebildet ist, und sanft in diesen übergeht, besteht jedoch darin, daß der Schneidstift bein Auftraffen auf ein schweres Hindernis die Tendenz hat, sicli zunehmend um seine Achse 2U verdrehen, wie dies Fig. 10 zeigt. In dieser Figur sine in Umrissen mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Lagen ces Schneidstiftas bezüglich eines Hindernisses 0 in Form einer Stahlstance dargestellt. Das Hindernis 0 wird zuerst von der Vorderkante bzw. Schneidkante 13a erfasst, wobei der Endbereich 43 zunächst eine im wesentli chen horizontale Lage einnimmt. Es hat sich jedoch gezeigt,daß

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in der Praxis beim Aufprall stets eine zufällige nach oben oder unten gerichtete Kraftkomponente vorhanden ist, die eine schwache anfängliche Drehung des blattförmigen Endbereichs hervorruft, wie dies für die Position A angedeutet ist. Während sich der Schneidstift weiter gegen das Hindernis O bev/egt, wird er nach hinten gegen&en hinteren Anschlag 34 (Fig. 3 ) umgebogen, wobei in den Stellungen B, C und D, wo das Maximum der Drehung erreicht ist, jeweils eine zusätzliche Verdrehung stattgefunden hat. Als Ergebnis dieser Verdrehung wird die Schneidkante 43a aus der normalerweise von ihr eingenommenen Ebene herausgedreht, so daß eine relativ flache Seitenfläche des Endbereichs gegen das Hindernis 0 angelegt wird und über dieses hinwegstreicht

lässt sich

Das Phänomen einer zunehmenden Verdrehung 60/aus dem beträchtlichen Unterschied zwischen dem Biegemoment bezüglich der horizontalen neutralen Achse χ (Fig. 8) und der vertikalen neutralen Achse y erklären, sowie aufgrund der Tatsache, daß der Endbereich sanft in den Schaft übergeht. Wegen des grösseren Biegmomentes um die y-Achse stellt der Endbereich einer Verbiegung in seiner Hauptebene einen beträchtlichen Widerstand entgegen. Da das Auftreffen auf ein Hindernis praktisch jedoch nie rein horizontal erfolgt, sondern gewöhnlich mit einer zufälligen vertikalen Komponente, führt dieses Auftreffen zu einer resultierenden Kraft, welche keine Auslenkung in der Ebene der Längsachse zur Folge hat, sondern ein Verdrehen um uiese Längsachse so daß der ünebereich in eine Lage verareht wird, in eier er sich leichter biegen lässt. Ein Vorteil des Anstellwinkels -« geraäß Fig. 3a besteht aabei darin, uaß sich von vorneherein eine Vorzugsrichtung für das Verdrehen des Schneidstiftes bzw. seines Endbereiches ergibt. In jedem Fall hat der Endbereich des Schneidstiftes, wenn er zunehmend stärker gegen das Hindernis angelegt wird, die Tendenz, sich um die x-Achse zu krüruaen, wo der Eiege-

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widerstand geringer ist. Die kontinuierliche Dreh- und Auslenkbewegung führt dabei zu wesentlichen Vorteilen gegenüber dent instabilen Abklappen oder örtlichen Abknicken, welches für die Schneidelemente einiger vorbekannter Konstruktionen charakteristisch war.

Einer der Vorteile der kontinuierlichen Dreh- und Auslenkbewegung besteht darin, daß die Rückstellkraft für den Schneidstift wesentlich geringeijast als die Rückstellkraft, welche sich ergeben würde, wenn der Endbereich des Schneidstiftes bei der Auslenkbewegung seine ursprüngliche horizontale Orientierung beibehalten würde. Kurz gesagt, wirkt das zusätzliche Verdrehen wie ein Sicherheitsventil, welches ein scharfes Umbiegen der Schneidstiftspitze ermöglicht, ohne daß zerstörende Kräfte in dem Schneidstift auftreten. Da die Belastungen des Schneidstiftes sich in den Grenzen halten, in denen im wesentlichen eine elastische Verformbarkeit vorliegt, und da die zu speichernde Engergie in dem gesamten Schneidstift gespeichert wird, kehrt der Schneidstift darüberhinaus schneller und vollständiger in seine Schneidstellung zurück, nachdem er ein Hindernis unbeschädigt passiert hat. Tatsächlich haben Versuche ergeben, daß die im wesentlichen vollständige wi^euer~ herstellung der ursprünglichen Lage in weniger als 0,02 sek erfolgt. Aufgrund dieser Tatsache und wegen des selbstschützenden Abcrehens der Schneidkante hat das Auftreffon auf ein Hindernis auf die Wirksamkeit des Mähvorgangs nur einen vernachlässigbarsn Einfluss. Da außerdem dio Föickstellkraf t und damit die beim Biegen des Schneidstiftes gespeicherte Energie verringert werden, besteht auch eine geringere VJahrscheinlichkeit, daß der Schneidstift ein bewegliches Hindernis, wie z. B. einen Stein, in ein Geschoss mit hoher Geschwindigkeit verwandelt.

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Es versteht sich, daß die aufeinanderfolgenden Stellungen A-D des Endbereichs des Schneidstiftes in Fig. 10 in gewissem Umfang idealisiert sind. Zeitlupenaufnahmen zeigen, daß beim Auftreffen auf ein Hindernis, welches verhaltnismässig schmal ist und welches gegenüber der Spitze des Schneidstifts erheblich nach innen versetzt ist, die Tendenz besteht, daß sich der äussere Teil des Schneidstiftes peitschenfönoig um das Hindernis krunrat. Dieser Vorgang beeinträchtigt das fortschreitende Verdrehen jedoch nicht und ist auf jeden Fall beendet, ehe der Schneidstift seine Endstellung D erreicht.

Wie oben erläutert, besitzt der Endbereich des Schneidstifts vorzugsweise einen linsenförmigen Querschnitt, wie dies die Fig. 8 und 8a zeigen. Die Oberseite und die Unterseite des Endbereichs müssen jedoch nicht unbedingt gleichraässig gekrümmt sein und können, wenn dies erwünscht ist, auch durch zwei oder mehr Längsfacetten gebildet werden, wie dies Fig. 8b zeigt, wo

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die Facetten mit dem Bezugszeichen 43 bezeichnet sind und wo der Querschnitt des Endbereichs rautenförmig ist, wobei das linsenförmige Profil, welches gestrichelt angedeutet ist, weitgehend angenähert wird. Im Hinblick auf diesen Sachverhalt soll die Bezeichnung "linsenförmig" in der vorliegenden Anmeldung sowohl die Varianten mit kontinuierlich gekrümmter Oberfläche als auch die Varianten mit aus mehreren Facetten zusammengesetzten Oberflächen erfassen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Endbereich des Schneidstiftes 33 längs zweier Längskanten 43a, 43b geschärft, während die Fassung 32 so ausgebildet ist, daß der Schneidstift in zwei um 180° gegeneinander versetzten Lagen in die Fassung eingesetzt werden kann, so daß nach dem Stumpfwerden einer der geschärften Kanten bzw. Schneidkanten die andere

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Schneidkante in die Schneidstellung gebracht werden kann, indem man den Schneidstift bezüglich seiner Längsachse um 180° dreht.

Obwohl die vorstehend beschriebene Ausgestaltung des Schneidstiftes bevorzugt wird, kann die Erfindung auch mit Schneidstiften verwirklicht werden, v/elche sich gemäß Fig. 11-13 sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung im wesentlichen gleichmässig verjüngen. Der in den genannten Figuren gezeigte Schneidstift 50 besitzt einen Schaft 51 mit einem Kopf 52 an seinem inneren Ende, wobei der Schaft glatt in einen konischen Endbereich 53 übergeht, der an seinem äusseren Ende eine scharfe Spitze 54 besitzt. Die Dicke der Spitze liegt dabei vorzugsweise in dem gleichen Bereich, welcher oben angegeben wurde.

Obwohl eine gleichmässige Verjüngung bevorzugt wird, ist es in der Praxis nicht unbedingterforderlich, wie die Fig. 14 - 17 zeigen. Im einzelnen zeigen die Fig. 14, 15 und 15a einen Schneidstift 60 mit einem Schaft 61, der sich senkrecht zur vertikalen Ebene konisch verjüngt und einen Kopf 62 aufweist und der einen abgeflachten Endbereich 63 besitzt, der in einer Spitze 64 endet. Der Endbereich 63 besitzt dabei eine Oberseite und eine Unterseite, die parallel zueinander verlaufen. Da der Endbereich sanft in den Schaft übergeht, erfolgt das Verdrehen des Schneidstiftes beim Auftreffen auf ein Hindernis, wie dies in Verbindung mit Fig. 10 erläutert wurde, ohne daß ein Ausbeulen eintritt oder daß zerstörende Spannungskonzentrationen auftreten. Zur Sicherheit kann der Endbereich 6 3 senkrecht zur senkrechten Ebene leicht kenisch ausgebildet sein, so daß sich eine Gestalt ergibt, welche eine Mischform zwischen den Formen gemäß Fig. 5 und Fig. 15 darstellt.

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Vorzugsweise verjüngt sich der Schaft des Schneidstiftes konisch; dies ist jedoch ebenfalls nicht unbedingt erforderlich, wie dies die Fig. 16 und 17 zeigen. Der dort gezeigte Schneidstift 70, welcher nichtsdestoweniger eine konische Form aufweist, besitzt einen Schaft 71 mit parallelen Seiten und einem Kopf 72, welcher in einen Endbereich 73 übergeht, der in einer Spitze 74 endet. Der Endbereich 73 kann entweder parallele Seiten aufweisen oder schwach konisch ausgebildet sein, wie dies die Zeichnung zeigt, wobei die Verjüngung wünschenswert ist, wenn man jeglicher Tendenz für eine Spannungskonzentration in dem Bereich vermeiden möchte, v/o der Schaft und der Endbereich aneinander stossen.

Das bevorzugte Material für den Schneidstift ist Nylon, insbesondere eine Nylonsorte wie sie unter der Typenbezeichnung "No. 801 Zytel" von der Firma E.I. duPont de Nemours, Wilmington, Delaware,U.S.A. vertrieben wird. Ein derartiges Material wird wegen seiner Festigkeit, seiner Elastizität und seiner relativ hohen Abriebfestigkeit und Kerbfestigkeit bevorzugt, wobei die Kerbfestigkeit ein Maß dafür ist, in welchem Umfang ein Kunststoffmaterial die Tendenz hat, bei Auftreten einer konzentrierten Belastung eine Kerbe oder einen anderen Oberflächenfehler zurückzubehalten, wie dies unter rauhen Betriebsbedingungen eintreten kann. Das Material sollte vorzugs-

2 weise eine Zugefestigkeit von 422 kg/cm besitzjen (gemessen nach der ASTM-Hom D-638) sowie eine IZOD-Kerbfestigkeit zwischen 81, S bis 136,2 kg (gemessen nach AiSTM-N orm D-256) und eine Biegefestigkeit von 3.790 kg/cn;*" (gemessen nach A3TM-No nu D 790). Andere Materialien mit im wesentlichen den gleichen physikalischen Eigenschaften wie Nylon, können ebenfalls verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie eine Zugfestigkeit zwischen etwa 352 und etwa 1.000 kg/cm aufweisen, sowie eine

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IZOD-Kerbfestigkeit von mehr als 10,9 kg und ausseruem eine Biegefestigkeit zwischen etwa 7.OOO und 14.OOO kg/cm .

Hinsichtlich der Abmessungen für die Schneidstifte gemäß der Erfindung ist zu bemerken/ daß diese vorzugsweise eine Länge von 15 cm besitzen, jedoch ganz allgemein eine Länge zwischen etwa 10 und 16 cm haben können, ohne daß dabei die Vorteile der Erfindung verloren gingen. Die Länge des überstehenden

Be-Teilstückes/trägt vorzugsweise etwa 7,5 cm, kann jedoch zwischen etwa 5 und etwa 13 cm schwanken. Die Breite des Endbereichs und der maximale Schaftdurchmesser liegen vorzugsweise bei etwa 9,5 mm, können jedoch in dem Bereich zwischen etwa 6 mm und etwa 1,3 mm schwanken. Der Schaft kann im Querschnitt kreuzförmig ausgebildet sein, wie dies die Ausführungsbeispiele zeigen, so daß sich eine gute Materialausnutzung und ein einfaches Verkeilen der zugeordneten Fassung ergeben. Andererseits kann der Schaft einen beliebigen Querschnitt besitzen und insbesondere auch rund sein. Die Dicke der Spitze sollte vorzugs weise zwischen etwa 3 mm und etwa 1,5 mm liegen, wie dies bereits ausgeführt wurde.

Da die Spannungs-Dehnungs-Charakteristik in Abhängigkeit vom verwendeten Material schwanken kann, ist es wünschenswert, den

der Erfincuncj

Rahmen /ausser hinsichtlich der Dicke und des Grades der Verjüngung auch hinsichtlich des Biegemoduls des Schneidstiftes abzustecken. Der Biegemodul ist dabei ein wohlbekannter Parameter, der bei Balken als typischer Wert angegeben wird und der die Auslenkung in Abhängigkeit vom Trägheitsmoment des Querschnittes und der Biegefestigkeit des Balkenmaterials angibt. Diese Biegefestigkeit ist eine Materialeigenschaft, welche gemäß der AS TM-D 709 bei 50 % relativer Feuchtigkeit und einer Temperatur von etwa 23 ° C ermittelt werden kann.

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Es wurde festgestellt, daß Schneidstifte, wie sie in den Fig. 11 und 12 gezeigt sind, einen solchen Querschnitt aufweisen und eine solche Konizität besitzen,sollten, daß sich am inneren Ende des Schaftes ein Biegemodul von mindestens 146,5 kg/cm² an inneren Ende des Schaftes und ein Biegemodul von höchstens 87,9 kg/cm2 im Bereich der Spitze ergibt. Ein Schneidstift, wie ihn Fig. 11 zeigt, besitzt bei einem Schaftdurchmesser von 9,5 mm und bei einem Durchmesser der Spitze von etwa 3 mm, wenn er aus dem oben genannten Material hergestellt wird, einen Bie-

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gemodul von etwa 249 kg/cm angrenzend an das innere Ende des Schaftes und einen Biegemodul von etwa 1,4 kg/cm angrenzend an die Spitze. Die entsprechenden Werte ergeben sich bei einem

Schneidzapfen gemäss Fig. 4 und 5 mit etwa 249 kg/cm² im Schaft

2 und mit etwa 55,7 kg/cm in horizontaler Richtung angrenzend an die Spit'ze. In vertikaler Richtung beträgt der Biegemodul in der Nähe der Spitze dagegen etwa 4,1 kg/cm .

Weitere Parameter, welche dazu dienen können, die charakteristischen Eigenschaften eines erfindungsgemässen Schneidstiftes fest zulegen, sind der Anfangs-Auslenkungsmodul und die 9O° - Biegekraft. Der Anfangs-Auslenkungsmodul ist als das Verhältnis der Auslenkung des freien Endes des Stiftes zu der Kraft definiert, die senkrecht zur Achse des Stiftes am freien Ende desselben wirksam ist, so daß diese Grosse in au / kg zu messen ist. Der /jifangs-Auslenkungsmoüul kann mit Hilfe einer Spannvorrichtung oder Halterung der in Fig. 18 gezeigten Art bequem bestirmt werden. Wie diese Figur cer Zeichnung zeigt, wird der Schneid stift 5O in der IJähe des Kopfes 53 wie ein Krag ana eingespannt, /uf der halterung ist eine Skala vorgesehen, welche, obwohl bogenförmig, in Einheiten der vertikalen Auslenkung geeicht ist. Der Anfangs-Auslenkungsmodul wird bestimmt, indem man ein Gewicht H₁ an die Spitze 54 des Schneidstiftes hängt und die re-

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sultierenäe Auslenkung misst. Es wurde festgestellt, daß die Schneidstifte vorzugsweise einen solchen Querschnitt und eine solche Konizität besitzen sollten, daß sich ein Anfangs-Auslenkungsmodul im Bereich zwischen 2,8 und 16,8 cm/kg ergibt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 und 5 liegt der Anfangs-Auslenkungsmodul bei hochkant eingespanntem Schneidstift in der Grössenordnung von 7,8 cm/kg und bei flach eingespanntem Stift in der Grössenordnung von 8,4 cm/kg + ca. O,8 mm.

Zum Bestimmen der 90°-Biegekraft wird vorzugsweise eine Einspannvorrichtung verwendet, wie sie Fig.19 zeigt, so daß der Stift 50 zunächst senkrecht nach oben weist. Zum Belasten des Schneidstiftes wird ein in die Horizontale verschwenkbarer Arm verwendet, der an seiner Unterseite eine Nut aufweist, deren Boden gegenüber einer Marke ausrichtbar ist. Der Arm wird mit einem Gewicht W. belastet.

Beim Hessvorgang wird die Nut geschmiert und das Gewicht wird schrittweise erhöht, bis der schwenkbare Arm eine horizontale Lage einnimmt, d.h. bis sein Nutgrund in Höhe der Marke liegt, wobei der Schneidstift um einen Winkel von 90° gebogen wird. Ein erfindungsgemässer Stift, der in den Fig. 11 und 12 gezeigten Art sollte erfindungsgemäss eine 90°-Biegekraft zwischen etwa 0,68 und etwa 4,54 kg haben. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 und 5 beträgt die 90°-Biegekraft bei hochkant eingespanntem Stift etwa 2,09 kg, während sie dann, wenn man ein Verdrehen des Schneidstiftes zulässt, etwa 1,36 kg beträgt. Es ist zu beachten, daß die Einspannvorrichtungen gemäss Fig. 18 und 19 keinen rückwärtigen Anschlag besitzen. Der Grund hierfür besteht darin, daß Schneidzapfen mit den typischen Werten gemäss der Erfindung, wenn dies erwünscht ist, als reine

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Kraganne bzw. an einer Stelle eingespannt werden können, ohne daß eine verteilte Abstützung erfolgt, wie dies/Sem hinteren Anschlag 34 in Fig. 3 erreicht wird.

Es versteht sich für den Fachmann, daß Schneidzapfen mit der beschriebenen Form und den beschriebenen Eigenschaften keine absolute Sicherheit gegen Verletzungen bieten können. Ein erfindungsgemässer Schneidzapfen, der in einem Rasenmäher mit einer Drehzahl von 3.200 Upm umläuft, ist durchaus in der Lage, einer Hand oder einem Fuß einen schmerzhaften Schlag zu versetzen. Es besteht jedoch eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Verletzung keine schwerwiegende Verletzung wie bei den bekannten Rasenmähern ist, sondern eine verhältnismässig oberflächliche Verletzung. Tatsächlich kann man davon ausgehen, daß wenn die Hand mit einem Handschuh geschützt ist bzw. der Fuß mit einem Schuh, jede Verletzung, die tatsächlich auftritt, nur geringfügig ist. Obwohl die Schneideffektivität nicht ganz so groß ist wie die einer geschärften Stahlklinge, stellt jedes Opfer bezüglich der Schneideffektivität im Hinblick auf den hohen Gewinn an Sicherheit nur einen vernachlässigbaren Nachteil dar.

Die vorstehende Beschreibung macht deutlich, daß die erfindungsgemässen Schneidstifte sich in ihren verschiedenen Ausführungsformen weitgehend selbst gegen Beschädigungen schützen, so daß sie eine Lebenserwartung haben, welche wesentlich höher ist als diejenige von Schnüren oder dergleichen, wobei gleichzeitig eine hohe Wirtschaftlichkeit erreicht wird, da die Kosten für Ersatzstifte nur ein paar Pfennige betragen.

Der Ausdruck "Kopf" bezeichnet Halterungseinrichtungen am inneren Ende des Schneidstiftes, und zwar unabhängig davon, ob

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dieser "Kopf" vergrössert ist oder nicht. Die Bezeichnung "im wesentlichen gleichmässig", welche im Zusammenhang mit der Konizität verwendet wird, bezeichnet eine allmähliche, jedoch nicht notwendigerweise lineare Verjüngung. Der Ausdruck "verkeilt" welcher für die Verbindung zwischen Fassung 32 und Schneidstift verwendet wurde, gilt für jede Fassung, bei der es möglich ist, einffu Schneidstift eine Drehung um seine Längsachse zu sichern. Die Bezeichnung "sanft übergehend", welche für den übergang im Bereich zwischen dem Endbereich und dem Schaft verwendet wurde, bedeutet, daß die Querschnittsänderung an dieser Übergangsstelle hinreichend langsam erfolgt, so daß ein örtliches und instabiles Ausbeulen an der Übergangsstelle mit entsprechenden Spannungskonzentrationen vermieden wird.

Obwohl vorstehend als Halterungselement für die erfindungsgemässen Schneidstifte eine kreisförmige Schneidscheibe betrachtet wurde, versteht es sich, daß das Halterungselement zwischen den Fassungen nicht kreisbogenförmig sein muß, so daß die Bezeichnung Scheibe bzw. Schneidscheibe auch für nicht kreisscheibenförmige Halterungselernente gilt.

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Claims (1)

1. OR.-ING. DIPL-ING. M. SC. DITl-PH-S. DR. DIPL.-PHVS.

   HÖGER - STELLRECHT - laRISSSBAOH - HAECKER

   PATENTANWÄLTE IN STUTTGART O *7 *> C "7 O Q

   A 42 477 b -/- Anmelder: Roper Corp.

   k-171 1905 West Court St

   11. August 1977 Kankakee,111. 6090

   USA

   Patentansprüche:

   Schneidwerkzeug für einen Rasenmäher mit einer zu einer Drehbewegung antreibbaren Schneidscheibe mit mindestens einer gegenüber dem Scheibenrand radial nach innen zurückgesetzten Fassung, in der ein Schneidwerkzeug derart befestigbar ist, daß es zumindest im wesentlichen radial zu der Schneidscheibe verläuft und mit einem äusseren Endbereich über den Scheibenrand vorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug als einstückiges Kunststoffteil aus hartem, zähem, elastischen; und abriebfestem Kunststoff in Form eines insgesamt im wesentlichen konischen Schneidstiftes (33) ausgebildet ist und einen der Sicherung des Schneidzapfens in der Fassung (32) dienenden Kopf (42) an seinem inneren Ende sowie einen relativ dicken Schaft (41) aufweist, der sanft in einen relativ dünnen, steif-elastischen, äusseren Endbereich (43) übergeht.

   Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (41) Keilflächen (Rippen 45) aufweist, welche 2iiner Festlegung bezüglich uer Fassung (32) uianen, aaß uor Lnuberüich (43) senkrecht zur Lauf ebene ues iichneia-3ti.Ltas (33) nur einen Lrucuteil cer Dicke aas Schaftes (41) unu in cer Laufebeao Lu wesentlichen uie gleiche Breite wie tiür Jchaft (41) aufweist, so ciaß sich eine lactförmige Gestalt des Endbereichs mit im wesentlichen parallelen Seitenkanten (43a, 43b) ergibt, von denen zumindest die in Lauf-

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   richtung vordere (43a) geschärft ist^ und daß der Endbereich (43) ein ausreichend hohes Verhältnis von Breite (W) zu Dicke (t) auf v/eist, um bei Auf treffen auf ein schweres oder festes Hindernis (0) eine solche kombinierte Dreh- und Auslenkbewegung bezüglich der Längsachse des Schneidstiftes (33) ausführen zu können, daß die auf das Hindernis (0) auftreffende Kante (43a) sich wegdreht, so daß eine relativ flache Seitenfläche des Endbereichs (43) an das Hindernis (O) angelegt wird und über dieses hinwegstreicht.

   3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich (43) einen linsenförmigen Querschnitt aufweist.

   4. Schneidwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Breite (Vi) zu Dicke (t) des Endbereichs (43) in aera Bereich zwischen 1,5 und 4,5 liegt.

   5. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schaft (41) Rippen (45) angeformt sind, welche in Längsrichtung des Schaftes (41) verlaufen und ausgehend vom inneren Ende des Schneidstiftes (33) eine abnehmende höhe aufweisen, wobei sich zwischen den Rippen (45) Rinnen (46) entsprechend abnehmender Tiefe ergeben.

   6. Schneidwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vier Rippen (45) vorgesehen sind, welche am Umfang des Schaftes (41) in gleichmässigen Abständen voneinander angeordnet sind_/ und daß die Rinnen im Querschnitt bogenförmig

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   A 42 477 b k-171

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   gekrümmt sind.

   7. Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidstift (33) senkrecht zur Laufebene längs des Schaftes (41) und des Endbereichs (43) im wesentlichen gleichmässig verjüngt ist.

   8. Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich (43) an beiden Längskanten (43a, 43b) geschärft ist und daß die Keilflächen derart ausgebildet sind, daß der Schneidstift (33) in einer Fassung (32) in zwei Stellungen festlegbar ist, die bezüglich seiner Längsachse um 180 ° gegeneinander versetzt sind.

   9. Schneidwerkzeug nach eineia der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen derart ausgerichtet sind, daß die geschärfte, in Laufrichtung vordere Kante (43a) des in der Fassung (32) befindlichen Schneidstiftes (33) schräg nach unten gerichtet ist (Fig. 8a).

   10. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Rippen (45) derart bis in den Endbereich (43) verlängert ist, daß sie dort die Schneidkante (43a) bildet.

   11. Schneidwerkzeug nach einem der /-nsprüche 5 bis 1O, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei und fünf Rippen (45) vorgesehen sind.

   12. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Rippen (45) in radialer Richtung näherungsweise zur Dicke des Schneidstiftes (33)

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   proportinal ist.

   13. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidstift (33) sich vom Schaft (41) bis zum Endbereich (43) zumindest senkrecht zur Laufebene unter einem im wesentlichen gleichbleibenden Winkel verjüngt.

   14. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Schaftes (41) angrenzend an den Kopf (42) zumindest ca. 6,5 mm beträgt.

   15. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidstift (33) eine Länge zwisch'en etwa 10 und 18 cm aufweist, daß der maximale Durchmesser des Schaftes (41) zwischen etwa 6,5 und 13 mm beträgt und daß die Dicke der Spitze (44) des Endbereichs (43) zwischen etwa 1,5 und 3 mm beträgt.

   16. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß der angrenzend an den Kopf (42)kragarmförmig eingespannte Schneidstift (33) einen Anfangs-Aus lenkungsmodul zwischen etwa 2,8 und 16,8 cm/kg aufweist.

   17. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Schneidstiftes (33) bezüglich der Längsmittelachse desselben symmetrisch angeordnet ist.

   18. Schneidwerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich (43) konisch ausgebildet ist und sich zwischen Schaft (41) und Spitze (44) im wesentlichen linear verjüngt.

   • /5

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   19. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (41) in der Nähe des Kopfes (42) bei einer Gesamtlänge des Schneidstiftes (33) von etwa 15 cm einen Aussendurchmesser von etwa 9,5 mmbesitzt.

   20. Schneidwerkzeug nach einem der Anspruch 5 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidstift (33) vier derart symmetrisch angeordnete Rippen (45) aufweist, daß sich ein kreuzförmiger Querschnitt ergibt.

   21. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 20, dadurch

   gekennzeichnet, daß der Schneidstift (33) einen Biegemodul

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   von mindestens etwa 146,5 kg/cm angrenzend an das innere Ende des Schaftes (41) und einen Biegemodul von höchstens etwa 87,9 kg/cm angrenzend an seine Spitze (44) aufweist, wobei der Biegemodul allmählich vom Schaft (41) zur Spitze (44) hin abnimmt.

   22. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1- 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidstift (33) 90 °-Biegekra zwischen etwa 0,68 und etwa 4,54 kg aufweist.

   23. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Schneidstiftes zumindest im Endbereich (43) eine minimale Izod-Kerbfestigkeit von 10,9 kg aufweist, und zwar bei einer relativen Feuchtigkeit von 50 % und einer Temperatur von etwa 23° C.

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