DE102007062082A1 - Core composite, particularly for use in aerospace area, has upper cover layer, lower cover layer and core element arranged between cover layers, where core element is formed as honeycomb structure - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kernverbundstruktur mit einem Kernelement und Deckschichten mit Kohlenstofffaser- und Glasfaserschichten.The The present invention relates to a core composite structure a core element and cover layers with carbon fiber and glass fiber layers.
Obwohl auf beliebige Bereiche anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf die Luft- und Raumfahrt näher erläutert.Even though Applicable to any range, the present invention as well as the underlying problems with regard to air and gas Space travel closer explained.
Im Flugzeugbau werden derzeit bei Oberdecks sowohl für Fracht- als auch für Passagierflugzeuge baugleiche Verbundstrukturen verwendet. Diese Verbundstrukturen weisen ein Kernelement auf, auf dessen Ober- und Unterseite jeweils eine Deckschicht aus Faserschichten aufgebracht ist. Der Anmelderen sind Kernelemente mit einer Wabenstruktur mit einer Aramidfaser, beispielsweise einer Nomex®-Wabe, bekannt. Auf beiden Seiten des Kernelements können sich eine variable Anzahl an Faserschichten befinden. Diese Faserschichten können sich in ihrem Harzgehalt, der Art des verwendeten Harzes und in der Art der verwendeten Glasfaser unterscheiden. Zum Aufbau der Systeme werden üblicherweise Prepreg-Glasfasermaterialien verwendet.In aircraft construction, identical structures are currently used at Oberdecks for both cargo and passenger aircraft. These composite structures have a core element, on the top and bottom of each a cover layer of fiber layers is applied. The Anmelderen are core elements with a honeycomb structure with an aramid fiber, for example a Nomex ® -Wabe known. On both sides of the core element there may be a variable number of fiber layers. These fiber layers may differ in their resin content, the type of resin used, and the type of glass fiber used. To build up the systems, prepreg glass fiber materials are commonly used.
Nachteilig bei der Verwendung von Glasfasern als Faserverstärkungen für ein Kernelement ist das hohe Gewicht der Glasfaserverstärkungen. Insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich ist jedoch das Gewicht ein wichtiger Faktor.adversely the use of glass fibers as fiber reinforcements for a core element is high Weight of glass fiber reinforcements. Especially in the aerospace sector, however, is the weight an important factor.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gewichtsreduzierte Kernverbundstruktur bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kernverbundstruktur mit erhöhter Biegesteifigkeit und Stoßfestigkeit bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention, a weight-reduced To provide core composite structure. Another task of the present Invention is a core composite structure with increased bending stiffness and impact resistance provide.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kernverbundstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention this Task by a core composite structure with the features of the claim 1 solved.
Demgemäß wird eine Kernverbundstruktur mit einer oberen und einer unteren Deckschicht und einem zwischen den Deckschichten angeordneten Kernelement, welches als Wabenstruktur ausgebildet ist, bereitgestellt, wobei die Deckschichten jeweils auf der dem Kernelement zugewandten Seite, d. h. kernelementseitig, wenigstens eine Kohlenstofffaserschicht und auf der dem Kernelement abgewandten Seite, d. h. kernverbundstrukturaußenseitig, wenigstens eine Glasfaserschicht aufweisen.Accordingly, a Core composite structure with upper and lower cover layers and a core element disposed between the cover layers, which is formed as a honeycomb structure provided, wherein the cover layers each on the core element facing side, d. H. core element side, at least one carbon fiber layer and on the core element opposite side, d. H. core composite structure on the outside, at least one Have fiberglass layer.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass durch die Verwendung von Kohlefaserschichten anstelle von Glasfaserschichten im Inneren der Kernverbundstruktur eine Gewichtsreduktion bei gleichzeitig erhöhter Biegesteifigkeit und Schlagzähigkeit bzw. Stoßfestigkeit erreicht werden kann.The The idea underlying the present invention is that that by using carbon fiber layers instead of fiberglass layers in the interior of the core composite structure a weight reduction at the same time increased Flexural strength and impact resistance or shock resistance achieved can be.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.In the dependent claims find advantageous embodiments and improvements of Invention.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Wabenstruktur eine Aramidfaser auf.According to one preferred development, the honeycomb structure has an aramid fiber on.
Aramidfasern zeichnen sich durch sehr hohe Festigkeit, hohe Schlagzähigkeit, hohe Bruchdehnung, gute Schwingungsdämpfung sowie Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen aus. Sie sind darüber hinaus sehr hitze- und feuerbeständig. Aramidfasern schmelzen bei hohen Temperaturen nicht, sondern beginnen ab etwa 400°C zu verkohlen.aramid are characterized by very high strength, high impact strength, high elongation at break, good vibration damping and durability across from acids and alkalis. They are above In addition, very heat and fire resistant. Aramid fibers do not melt at high temperatures, but begin from about 400 ° C to char.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Wabenstruktur aus einem Aramidfaserpapier aufgebaut. Das Aramidfaserpapier kann beispielsweise mittels üblicher Papierherstellungsverfahren ausgebildet werden. Besonders bevorzugt ist die Wabenstruktur aus einem Papier mit meta-Aramidfasern und/oder einem Papier mit einer Mischung aus meta-Aramidfasern und para-Aramidfasern aufgebaut.According to one Particularly preferred development is the honeycomb structure of a Aramid fiber paper constructed. For example, the aramid fiber paper by means of usual Paper manufacturing process are formed. Particularly preferred the honeycomb structure of a paper with meta-aramid fibers and / or composed of a paper with a mixture of meta-aramid fibers and para-aramid fibers.
Kommerziell sind derartige Aramidfaser-Papiere beispielsweise als Nomex®-Papier bekannt. Dieses Papier kann mit einem Kunstharz, beispielsweise einem Epoxid- oder Phenolharz, getränkt oder überzogen werden, um die Stabilität weiter zu erhöhen und eine Flüssigkeitsaufnahme des Papiers zu verhindern. Aramidfaserpapier aus meta-Aramidfasern wird dabei schlechter von einem Kunstharz durchdrungen als ein Papier aus einer Mischung von meta-Aramidfasern und para-Aramidfasern. Das meta-Aramidfaserpapier wird daher eher in Form eines Lacks beschichtet. Durchdringt das Kunstharz das Faserpapier, kann eine leichtere Struktur im Vergleich zu lediglich beschichteten Papieren bei gleicher Stabilität hergestellt werden.Commercially such aramid papers are known, for example as Nomex ® -paper. This paper may be soaked or coated with a synthetic resin, such as an epoxy or phenolic resin, to further enhance stability and prevent liquid ingestion of the paper. Aramid fiber paper made from meta-aramid fibers is less penetrated by a synthetic resin than a paper made from a mixture of meta-aramid fibers and para-aramid fibers. The meta-aramid fiber paper is therefore coated in the form of a lacquer. If the synthetic resin penetrates the fiber paper, a lighter structure compared to only coated papers with the same stability can be produced.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Wabenstruktur eine hexagonale Struktur oder eine annähernd hexagonale Struktur auf.According to one another preferred embodiment of the present invention has the honeycomb structure has a hexagonal structure or an approximately hexagonal one Structure on.
Durch die Verwendung hexagonaler Wabenstrukturen, die auch als Honeycombs bezeichnet werden, kann eine hohe mechanische Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht erzielt werden.By the use of hexagonal honeycomb structures, also called honeycombs can be called high mechanical strength at the same time low weight can be achieved.
Gemäß noch einer weiter bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind in einer oder beiden Deckschichten mindestens zwei Kohlenstofffaserschichten enthalten. Bevorzugt grenzen diese Schichten direkt aneinander.In accordance with yet another preferred development of the present invention, at least two coals are present in one or both cover layers fabric fiber layers included. Preferably, these layers directly adjoin one another.
Die Kohlenstofffasern sind innerhalb einer Schicht orientiert. Dabei weisen die Fasern innerhalb einer Schicht bevorzugt in eine Richtung. Liegen mehrere unterschiedliche Kohlenstofffaserschichten vor, weisen hierbei die Orientierungen der Kohlenstofffasern in den unterschiedlichen Schichten besonders bevorzugt unterschiedliche Richtungen auf. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weisen hierbei die Kohlenstofffasern in unterschiedliche Richtungen und bilden einen Winkel zwischen den Fasern von 80°–100°, insbesondere bevorzugt einen Winkel von etwa 90°, zwischen den unterschiedlichen Schichten. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kohlenstofffasern andere Winkel einschließen. Bevorzugt sind auch Winkel zwischen 40° und 50°, insbesondere etwa 45°.The Carbon fibers are oriented within a layer. there Preferably, the fibers within a layer are in one direction. If there are several different carbon fiber layers, show Here are the orientations of the carbon fibers in the different Strata particularly preferably has different directions. In a particularly preferred development in this case have the carbon fibers in different directions and form an angle between the fibers of 80 ° -100 °, in particular preferably an angle of about 90 °, between the different ones Layers. However, it is also possible that the carbon fibers include other angles. Prefers are also angles between 40 ° and 50 °, in particular about 45 °.
Werden mehr als zwei Kohlenstofffaserschichten in eine oder beide Deckschichten eingebracht, können die in den Schichten enthaltenen Kohlenstofffasern unterschiedliche Winkel einschließen. Weist beispielsweise die erste Kohlenstofffaserschicht in eine Richtung von 0°, beispielsweise parallel zum Rumpf eines Flugzeugs, so kann die Orientierung der Fasern in einer weiteren Kohlenstofffaserschicht in eine Richtung von 45°, in eine Richtung von 90° und/oder in eine Richtung von 135° bezüglich der Fasern der ersten Kohlenstofffaserschicht weisen.Become more than two carbon fiber layers in one or both layers introduced, can the carbon fibers contained in the layers differ Include angle. For example, has the first carbon fiber layer in one direction from 0 °, For example, parallel to the fuselage of an aircraft, so can the orientation the fibers in another carbon fiber layer in one direction of 45 °, in a direction of 90 ° and / or in a direction of 135 ° with respect to the fibers of the first carbon fiber layer.
Werden die Kohlenstofffaserschichen in unterschiedlichen Richtungen orientiert, können die auftretenden Kräfte gezielt übertragen werden. Es ist somit möglich, die Verbundstruktur derart auszulegen, dass die Kohlenstofffaserschichten in den Richtungen der hauptsächlichen Kraftübertragung orientiert sind.Become the carbon fiber layers oriented in different directions, can the forces occurring deliberately transmitted become. It is thus possible to design the composite structure such that the carbon fiber layers in the directions of the main ones power transmission are oriented.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die Kohlenstofffasern in den Kohlenstofffaserschichten Gelege.According to one Another preferred embodiment of the present invention the carbon fibers in the carbon fiber layers scrim.
Die Gelege können vorteilhaft aus Prepreg-Kohlenstofffasern ausgebildet werden. Durch die Verwendung von Prepreg-Fasern können die Fasern gerichtet in die Schichten eingebracht werden und die unterschiedlichen Schichten kostengünstig hergestellt werden.The Clutch can advantageously be formed from prepreg carbon fibers. By the Use of prepreg fibers can the fibers are directed to be introduced into the layers and the different layers are produced inexpensively.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die Glasfasern der Glasfaserschichten gelegt oder gewebt.According to one Another preferred embodiment of the present invention the glass fibers of the fiberglass layers are laid or woven.
Die Glasfaserschichten können sowohl gelegt als auch gewebt sein. Auch hier können vorteilhaft Prepreg-Glasfasern für die Ausbildung der Glasfaserschichten verwendet werden. Die Glasfaserschichten sind bevorzugt an der nach Außen gerichteten Seite der Kernverbundstruktur angebracht, d. h., die Kohlenstofffaserschichten liegen zwischen dem Kernelement und der oder den Glasfaserschicht(en). Die Glasfaserschichten schilt zen die innen liegenden Kohlenstofffaserschichten vor Verschleiß. Zusätzlich dienen die Glasfaserschichten als Korrosionsschutz. Aufgrund der hohen Leitfähigkeit der Kohlenstofffasern werden an die Kohlenstofffasern angrenzende und mit diesen in leitendem Kontakt stehende Materialien leicht korrodiert. Da Glasfasern als Isolator dienen können, verhindern Schichten aus Glasfasern eine Korrosion. Darüber hinaus sind Glasfasern resistent gegen Scheuern und bieten daher einen guten Schutz vor Abnutzung der Kernverbundstruktur. Schließlich erhöhen Glasfaserschichten auf der Außenseite einer Kernverbundstruktur die Schlagzähigkeit der Kernverbundstruktur.The Fiberglass layers can both laid and woven. Again, can advantageously prepreg glass fibers for the Training the glass fiber layers are used. The fiberglass layers are preferred on the outside directed side of the core composite structure, d. h., the Carbon fiber layers lie between the core element and the or the glass fiber layer (s). The glass fiber layers scold zen the inner carbon fiber layers from wear. Additionally serve the glass fiber layers as corrosion protection. Because of the high Conductivity of the Carbon fibers become adjacent to the carbon fibers and easily corroded with these materials in contact. Since glass fibers can serve as an insulator, prevent layers made of glass fibers a corrosion. In addition, glass fibers resistant to scrubbing and therefore offer good protection Wear of the core composite structure. Finally, increase fiberglass layers the outside a core composite structure the impact resistance of the core composite structure.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass das zur Ausbildung der Kohlenstofffaserschichten und der Glasfaserschichten verwendete Harz für alle Schichten identisch ist. Wird für alle Schichten das gleiche Harz verwendet, so kann der Kontakt zwischen den Schichten besser hergestellt werden.It is also advantageous that the formation of the carbon fiber layers and the glass fiber layers used resin identical for all layers is. Is for all layers used the same resin, so the contact between the layers are made better.
Gemäß noch einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Kernverbundstruktur eine Gesamtdicke von 5–30 mm, bevorzugt von 7–15 mm, noch bevorzugter von etwa 10 mm auf.According to one more preferred embodiment of the present invention has the core composite structure a total thickness of 5-30 mm, preferably from 7-15 mm, more preferably about 10 mm.
Die Verwendung der Kohlenstofffasern in den Deckschichten verleihen der Kernverbundstruktur eine hohe Festigkeit und Biegesteifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht.The Use of the carbon fibers in the cover layers the core composite structure high strength and bending stiffness at the same time low weight.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference closer to the enclosed figures explained.
Dabei zeigtthere shows
Auf
dieser Wabenstruktur ist auf jeder Seite eine Kohlenstofffaserschicht
Auf
diesen Kohlenstofffaserschichten
Auf
der Außenseite
der Kernverbundstruktur ist eine Glasfaserschicht
Die
beiden Kohlenstoffschichten
Gemäß des ersten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung weisen alle Faserschichten
Auf
jeder Seite dieser Wabenstruktur ist eine Kohlenstofffaserschicht
Auf
beiden Seiten der Kernverbundstruktur sind direkt anschließend zwei
weitere Kohlenstofffaserschichten
Auf
diese Schichten werden wiederum außenseitig zwei weitere Schichten
Schließlich wird
auf jeder Seite der Kernverbundstruktur außenseitig eine weitere Schicht
mit Kohlenstofffasern aufgebracht. Auch hier werden wiederum IMS-24
K-Kohlenstofffasern verwendet, wobei die Kohlenstofffaserschicht
ein spezifisches Gewicht von 154 g/m2 einschließlich des
Harzes besitzt. Das Gelege der Kohlenstofffasern ist derart angeordnet,
dass die Kohlenstofffasern der vierten Schicht
Abschließend wird
auf jeder Außenseite
der Kernverbundstruktur eine Glasfaser aufweisende Schicht
Die Anordnung der Kohlenstofffaserschichten innerhalb der Kernverbundstruktur kann variabel gestaltet werden. Die Abfolge der Orientierung der Gelege kann verändert werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass die erste Schicht eine relative Orientierung von 0° aufweist, die zweite eine relative Orientierung bezüglich der ersten Schicht von –45°, die dritte Schicht eine relative Orientierung bezüglich der ersten Schicht von 90° und die vierte Schicht eine relative Orientierung bezüglich der ersten Schicht von 45° aufweist. Jeder andere denkbare Aufbau bezüglich der Schichtfolgen und der Orientierung der Fasern innerhalb der Schicht ist jedoch auch möglich.The Arrangement of the carbon fiber layers within the core composite structure can be made variable. The sequence of orientation of the eggs can change become. For example, it is conceivable that the first layer has a relative orientation of 0 °, the second a relative orientation with respect to the first layer of -45 °, the third Layer a relative orientation with respect to the first layer of 90 ° and the fourth layer is a relative orientation with respect to first layer of 45 °. Any other conceivable construction re the layer sequences and the orientation of the fibers within the Layer is also possible.
Die
Kohlenstoffschichten
Gemäß eines
dritten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung kann entsprechend erstem Ausführungsbeispiel
auch als Kernelement
Kommerziell sind solche Wabenstrukturen beispielsweise als N636®-123 erhältlich. Bei einer Dicke von 8,8 mm weist eine derartige Wabenstruktur gemäß zweitem Ausführungsbeispiel ein spezifisches Gewicht von 1082 g/m2 auf. Eine derartige Wabenstruktur bietet somit gegenüber der gemäß ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Wabenstruktur einen weiteren Gewichtsvorteil. Dieser Gewichtsvorteil führt jedoch nicht zu nachteiligen Leistungsdaten für die Wabenstruktur.Commercially, honeycomb structures are available for example as N636 ® -123. At a thickness of 8.8 mm, such a honeycomb structure according to the second embodiment has a specific gravity of 1082 g / m 2 . Such a honeycomb structure thus offers a further weight advantage over the honeycomb structure used according to the first exemplary embodiment. However, this weight advantage does not result in adverse performance data for the honeycomb structure.
Gemäß eines
anderen Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung können
weitere Kohlenstofffaserschichten aufgebracht werden, beispielsweise
in einem Winkel von 45° und/oder
135° (entsprechend –45°) in Bezug
auf die Faserrichtung der ersten Schicht
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention with reference to preferred embodiments has been described herein, it is not limited thereto, but on diverse Modifiable way.
Beispielsweise können weitere Kohlenstofffasern- und/oder Glasfaserschichten in die Struktur integriert werden. Die Glasfasernschichten können auch als Gewebe ausgebildet sein.For example can further carbon fiber and / or glass fiber layers integrated into the structure become. The glass fiber layers can also be formed as a fabric be.
- 11
- Kernelement aus Nomex®-Wabe mit 8,8 mm DickeCore element made of Nomex ® honeycomb with a thickness of 8.8 mm
- 22
- Schicht mit HTS-12K Kohlenstofffaser in 0° Richtunglayer with HTS-12K carbon fiber in 0 ° direction
- 33
- Schicht mit HTS-12K Kohlenstofffaser in 0° Richtunglayer with HTS-12K carbon fiber in 0 ° direction
- 44
- Schicht mit HTS-12K Kohlenstofffaser in 90° Richtunglayer with HTS-12K carbon fiber in 90 ° direction
- 55
- Schicht mit HTS-12K Kohlenstofffaser in 90° Richtunglayer with HTS-12K carbon fiber in 90 ° direction
- 66
- Schicht mit S-Glasfaserlayer with S-glass fiber
- 77
- Schicht mit E-Glasfaserlayer with E-glass fiber
- 88th
- Schicht mit S-Glasfaserlayer with S-glass fiber
- 99
- Obere DeckschichtUpper topcoat
- 1010
- Untere DeckschichtLower topcoat
- 1111
- Kernelement mit einer meta-Aramid enthaltenden Wabecore element with a honeycomb containing meta-aramid
- 1212
- Schicht mit IMS-24K Kohlenstofffaser in 0° Richtunglayer with IMS-24K carbon fiber in 0 ° direction
- 1313
- Schicht mit IMS-24K Kohlenstofffaser in 0° Richtunglayer with IMS-24K carbon fiber in 0 ° direction
- 1414
- Schicht mit IMS-24K Kohlenstofffaser in 45° Richtunglayer with IMS-24K carbon fiber in 45 ° direction
- 1515
- Schicht mit IMS-24K Kohlenstofffaser in 45° Richtunglayer with IMS-24K carbon fiber in 45 ° direction
- 1616
- Schicht mit IMS-24K Kohlenstofffaser in 135° Richtunglayer with IMS-24K carbon fiber in 135 ° direction
- 1717
- Schicht mit IMS-24K Kohlenstofffaser in 135° Richtunglayer with IMS-24K carbon fiber in 135 ° direction
- 1818
- Schicht mit IMS-24K Kohlenstofffaser in 90° Richtunglayer with IMS-24K carbon fiber in 90 ° direction
- 1919
- Schicht mit IMS-24K Kohlenstofffaser in 90° Richtunglayer with IMS-24K carbon fiber in 90 ° direction
- 2020
- Schicht mit F-Glasfaserlayer with F-glass fiber
- 2121
- Schicht mit F-Glasfaserlayer with F-glass fiber
- 2222
- Obere DeckschichtUpper topcoat
- 2323
- Untere DeckschichtLower topcoat
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200710062082 DE102007062082A1 (en) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | Core composite, particularly for use in aerospace area, has upper cover layer, lower cover layer and core element arranged between cover layers, where core element is formed as honeycomb structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE200710062082 DE102007062082A1 (en) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | Core composite, particularly for use in aerospace area, has upper cover layer, lower cover layer and core element arranged between cover layers, where core element is formed as honeycomb structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102007062082A1 true DE102007062082A1 (en) | 2009-07-23 |
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ID=40785646
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DE200710062082 Pending DE102007062082A1 (en) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | Core composite, particularly for use in aerospace area, has upper cover layer, lower cover layer and core element arranged between cover layers, where core element is formed as honeycomb structure |
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Country | Link |
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DE (1) | DE102007062082A1 (en) |
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-
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- 2007-12-21 DE DE200710062082 patent/DE102007062082A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: AIRBUS OPERATIONS GMBH, 21129 HAMBURG, DE |
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