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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit für einen
Modellhubschrauber gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Aus
dem Modellbau sind unterschiedlichste Ausgestaltungsformen von Antriebseinheiten
für Modellhubschrauber
bekannt. Diese umfassen üblicherweise
Zweitakt-Verbrennungs-Modellmotoren, wie sie auch bei Flächen-Flugzeugmodellen
zur Anwendung kommen.
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Im
Modellbau und dabei insbesondere im Flugzeug- und Hubschrauber-Modellbau
ist es wünschenswert,
die Modelle nicht nur optisch, sondern auch hinsichtlich Ihrer Funktionsfähigkeit
möglichst realitätsgetreu
zu bauen. Aus diesem Grunde hat es sich stets als nachteilig erwiesen,
Verbrennungsmotoren üblicher
Bauart in Hubschraubermodelle einzubauen. Kolben-Verbrennungsmotoren
erzeugen einen sehr charakteristischen Sound, der zu Vorbildern,
die im Original mit Turbinen betrieben werden, nicht paßt. Hinzu
kommt die nicht realitätskonforme Abgasentwicklung
von Zweitaktmotoren. Gleiches gilt für Flugmodelle von Strahltriebwerks-Flugzeugen,
die zusätzlich
das Manko aufweisen, daß Propeller
vorgesehen sein müssen,
die das Erscheinungsbild ganz erheblich beeinträchtigen.
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Aus
diesem Grunde wurde jüngst
damit begonnen, Miniaturturbinen zu bauen, die sowohl von der Form,
als auch von ihrer Geräuschentwicklung und
ihrem Abgasverhalten Originalturbinen bzw. Strahltriebwerken entsprechen.
Derartige Miniatur-Turbi nen in Flächenflugzeuge einzubauen, bereitet
keine Probleme, da den Original-Vorbildern gefolgt werden kann.
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Demgegenüber ist
es nicht möglich,
Miniaturturbinen in Hubschrauber-Modelle üblicher Größe einzusetzen, da sowohl die
Einbaulage, als auch die Getriebeanordnungen nicht im verkleinerten
Maßstab
exakt nachgebildet werden können.
Zudem bereitet es Probleme, ausreichende Luft-Einströmöffnungen
sowie Ausströmöffnungen
im Original-Design nachzubauen, da die Modell-Turbinen, bezogen auf
den Maßstab
derartiger Hubschrauber, nicht klein genug sind.
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Zum
Anderen war es bisher nicht möglich, Getriebeanordnungen
zu schaffen, die sich für
einen Modellantrieb eigenen würden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Antriebseinheit für einen
Modellhubschrauber der eingangs genannten Art zu schaffen, welche
unter Verwendung einer Turbine bei einfachem Aufbau und betriebssicherer
Handhabbarkeit in einem Modellhubschrauber einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die
Unteransprüche
zeigen weitere Vorteile auf die Ausgestaltung der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße Antriebseinheit zeichnet
sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.
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Durch
den vertikalen Einbau der Turbine und die beschriebenen Ansaug-
bzw. Auslassbereiche ist es möglich,
zum Einen den vorhandenen Platz innerhalb der Zelle des Hubschraubers
optimal zu nutzen und zum Anderen ausreichende Öffnungen in der Zelle vorzusehen,
die den optischen Eindruck des Modellhubschraubers nicht stören und
eine sichere Funktionsweise gewährleisten.
So ist insbesondere sicher gestellt, daß der Turbine zum Einen genug Frischluft
zugeführt
werden kann und daß zum
Anderen die heißen
Abgase keine Beschädigungen
an der Zelle des Hubschraubers hervorrufen können.
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Durch
die vertikale Anordnung der Turbine kann deren Abgasstrahl auch
zum Auftrieb und zur Stabilisierung der Fluglage des Modellhubschraubers
genutzt werden.
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Die
Anordnung des Getriebes im Bereich der Ansaugseite der Turbine ist
deshalb besonders vorteilhaft, da das Getriebe durch die auftretende
Luftströmung
gedrillt werden kann. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die
hohen Eingangsdrehzahlen der Turbine besonders wichtig.
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Durch
die Verwendung einer Turbine kann eine ausreichend große Leistung
für den
Modellhubschrauber zur Verfügung
gestellt werden. Zum Anderen ergibt sich ein sehr realitätsnahes
Geräuschbild, da
auch Modellturbinen den von großen
Turbinen bekannten Sound erzeugen.
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In
einer besonders günstigen
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Turbine in Flugrichtung
vor der Rotorwelle angeordnet ist. Diese geringfügige Verlagerung der Turbine
aus dem Schwerpunkt, der sich im Bereich der Rotorwelle befindet,
stört das
Flugverhalten des Modellhubschraubers nicht. Andererseits wird es
durch diese Art des Einbaus der Turbine möglich, zwischen der Turbinenwelle
und der Rotorwelle ein Getriebe zwischen zu schalten. Somit gestattet
diese Anordnung der Turbine eine besonders einfache Ausgestaltung
des Getriebes.
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Weiterhin
ist besonders vorteilhaft, wenn in Flugrichtung vor der Turbine
ein Tank für
den Treibstoff angeordnet ist. Der Tank stört somit nicht die Antriebseinheit
für den
Heckrotor.
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Als
besonders günstig
hat es sich erwiesen, wenn das Getriebe Riementriebe umfaßt. Diese
sind einfach und kostengünstig
herstellbar, sie sind sehr leicht und benötigen wenig Platz. Demgegenüber würden Getriebe
mit Zahnrädern
in der Herstellung weit aufwendiger sein und zusätzlicher Schmierung benötigen. Eine
Schmierung ist demgegenüber
bei einem Riementrieb nicht erforderlich. Besonders günstig ist
es, wenn das Getriebe als dreistufiges Getriebe ausgebaut ist. Es
ist dann möglich,
eine Untersetzung der ca. 100.000 U/min der Turbinenwelle auf 1.200
bis 1.800 U/min der Rotorwelle vorzunehmen (bei 100.000 U/min und
i = 54,8 ergeben sich circa 1.800 U/min). Zur Spannung der Riemen
des Getriebes ist es erfindungsgemäß günstig, wenn die Turbine mittels
eines verstellbaren Schlittens an dem Träger gelagert ist. Somit kann
durch eine Verschiebung des Schlittens relativ zu dem Träger der
Abstand der Turbinenwelle von der Rotorwelle variiert werden. Dies
erleichtert zum Einen den Einbau der Riemen, zum Anderen kann auf
diese Weise die Riemenspannung eingestellt werden.
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Das
beschriebene Getriebe ist auch hinsichtlich der Geräuschentwicklung
vorteilhaft, da das Getriebe selbst weitgehend geräuschfrei
oder geräuschneutral
arbeitet.
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Erfindungsgemäß ist zwischen
dem Getriebe und der Rotorwelle eine Kupplung angeordnet, die in günstiger
Ausgestaltung als Fliehkraftkupplung und/oder als Freilaufkupplung
ausgebildet sein kann. Die Kupplung gewährleistet beim Stillstand der
Turbine die Autorotation des Rotors um den Modellhubschrauber sicher
landen zu können.
Weiterhin ist es möglich,
vor dem Ein kuppeln der Fliehkraftkupplung die Turbine zu starten
und auf eine geeignete Drehzahl zu beschleunigen, bevor sich der
Rotor zu drehen anfängt.
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Zur
Steuerung der Turbine ist diese bevorzugterweise mit einer Drehzahl-Begrenzungseinrichtung
versehen. Erfindungsgemäß kann diese
in Form einer Steuerung für
eine Treibstoffpumpe ausgebildet sein. Durch die Drosselung der
Treibstoffzufuhr ist auf sehr einfache Weise die Turbinendrehzahl
begrenzbar.
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Weiterhin
kann es vorteilhaft sein, zwischen einer Turbinenwelle und einer
mit dieser fluchtenden Eingangswelle des Getriebes eine Kupplung
anzuordnen. Auch diese Kupplung dient der Erhöhung der Betriebssicherheit,
da bei einer Beschädigung
des Getriebes eine abrupte Abbremsung oder ein Stillstand der Turbine
vermieden wird.
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Die
erfindungsgemäße Antriebseinheit
umfaßt
bevorzugterweise weiterhin Mittel zum Zuführen von Treibstoff zu den
Lagern des Turbinenrotors. Es ist somit nicht erforderlich, zusätzliche
Maßnahmen zu
ergreifen, um die Lager zu schmieren. Das zum Betrieb der Turbine
verwendete Kerosin kann somit zur Lagerschmierung verwendet werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit der Zeichnung beschrieben. Damit zeigt:
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1 eine
schematische Teil-Ansicht, teils im Schnitt, eines Rumpfes eines
Modellhubschraubers unter Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
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2 eine
vergrößerte Detail-Ansicht
des Getriebebereichs der in 1 gezeigten
Antriebseinheit,
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3 eine
stirnseitige Vorderansicht, in vereinfachter Darstellung, der Anordnung
gemäß 2,
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4 eine
Draufsicht auf die Anordnung der 2 und 3,
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5 eine
vergrößerte Teil-Seitenansicht, analog 2,
im nicht-geschnittenen Zustand,
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6 eine
vergrößerte Teil-Ansicht
eines Teilbereichs der 6, und
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7 eine
stirnseitige Ansicht des in 6 gezeigten
Teilbereichs.
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Wie
in 1 gezeigt, umfaßt der erfindungsgemäße Modellhubschrauber
einen Rumpf 1. Die 1 zeigt
nur den vorderen Teil des Rumpfes, der Heckbereich mit dem Heckrotor
ist aus Gründen
der Vereinfachung nicht dargestellt.
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Zur
Aufnahme der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
weist der Rumpf 1 an seinem unteren Grund, im mittigen
Bereich eine kreisrunde Öffnung 8 auf,
durch welche die Abgase einer Turbine 7 abgeleitet werden
können.
An seinem oberen Bereich hat der Rumpf 1 ausreichende Öffnungen
zur Zuführung von
Frischluft zu der Turbine 7. Die Oberseite des Rumpfes 1 kann
mit einem abnehmbaren Deckel 15, der ausreichende Durchtritts-Ausnehmungen hat, verschlossen
werden, so daß sich
ein modellgetreues optisches Erscheinungsbild ergibt.
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Wie
sich aus den 2 bis 4 ergibt,
ist in dem Rumpf 1 ein Träger 4 lösbar eingesetzt,
welcher mittels vorderer Lager Punkte 2 und hinterer Lager
Punkte 3 an dem Rumpf befestigt ist. Die rumpfseitigen
Lagerpunkte 2 und 3 sind bei üblichen Ausführungen
eines derartigen Modellhubschraubers vorhanden, so daß an dem
Rumpf gegebenenfalls lediglich Art und Anordnung der Öffnung 8 verändert werden
müssen.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die erfindungsgemäße Antriebseinheit
bei vorhandenen Modellhubschraubern verwendet werden kann, ohne
daß hierfür besondere Änderungen
an dem Rumpf erforderlich wären.
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Die
erfindungsgemäße Antriebseinheit
ist weiterhin als eine in sich geschlossene Einheit montierbar bzw.
demontierbar. Es ist lediglich erforderlich, eine Antriebswelle
für einen
nicht dargestellten Heckrotor anzuschließen und/oder entsprechende elektrische
Verbindungen vorzunehmen, um die Antriebseinheit funktionsfähig mit
dem Rumpf zu verbinden.
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Erfindungsgemäß ist in üblicher
Weise eine Rotorwelle vorgesehen, die beispielsweise mit 1.200 bis
1.800 U/min in Drehung versetzt wird. An einer Domplatte 16,
welche ein Lager 18 trägt,
sind insgesamt vier Steuerservos 17 befestigt, die in nicht
dargestellter Weise zur Anstellung der Rotorblätter etc. dienen. Die Ausgestaltung
der Domplatte und der Servos 17 ist aus dem Stand der Technik
bekannt, so daß auf
eine detaillierte Beschreibung an dieser Stelle verzichtet werden
kann.
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Die
Domplatte 16 ist an dem Träger 4 befestigt.
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Aus
der Draufsicht der 4 ergibt sich, daß der Träger 4 rahmenartig
ausgebildet ist, so daß sich ein
guter Zugang zu den einzelnen Bauelementen ergibt.
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Der
untere Endbereich der Rotorwelle 5 wird mittels eines Lagers 19,
welches in einer Lagerplatte 20 aufgenommen ist, gelagert.
Die Lagerplatte 20 ist ebenfalls mit dem Träger 4 verbunden.
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Die
Abbildungen zeigen weiterhin, daß die Turbine 7 mittels
einer Turbinenhalterung 21 gelagert ist, welche mit einem
Schlitten 14 verbunden ist. Somit ist es möglich, die
Turbine 7 mitsamt des Schlittens 14 relativ zu
dem Träger 4 zu
verschieben. Diese Verschiebung erfolgt in Richtung der Längsach se des
Modellhubschraubers, so daß der
Abstand zwischen der Rotorwelle 5 und einer Turbinenwelle 11, welche
zueinander parallel angeordnet sind, veränderbar ist.
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Die 5 bis 7 zeigen
Detailansichten des Schlittens 14 und der Möglichkeit,
die nachfolgend beschriebenen Riemen des Getriebes hinsichtlich
ihrer Spannung einzustellen. Auf diesen Aspekt wird nachfolgend
noch im einzelnen eingegangen.
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Die
Turbinenwelle 11 ist mit einer Kupplung 13 verbunden,
die wiederum in Verbindung mit einer Eingangswelle 12 eines
Getriebes 6 steht. Es versteht sich, daß die Verbindung der Kupplung 13 lösbar ist,
um die Kupplung einrücken
bzw. ausrücken zu
können.
Die Kupplung kann beispielsweise in Form einer Flexkupplung ausgestaltet
sein.
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Die
Eingangswelle 12 des Getriebes 6 ist mittels eines
unteren Lagers 22, das in einer Lagerplatte 24 aufgenommen
ist, sowie mittels eines oberen Lagers 23, welches in einer
Lagerplatte 25 aufgenommen ist, gelagert. Die beiden Lagerplatten 24 und 25 sind
ebenfalls mit dem Schlitten 14 verbunden.
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Das
Getriebe umfaßt
mehrere Riemenräder, nämlich Riemenräder 26 und 27,
welche eine erste Getriebestufe bilden, Riemenräder 28 und 29,
welche eine zweite Getriebestufe bilden, sowie Riemenräder 30 und 31,
welche eine dritte Getriebestufe bilden. Die erste Stufe weist eine Übersetzung
von i = 3,8:1, die zweite Stufe eine Übersetzung von i = 3,8:1 und
die dritte Stufe ebenfalls eine Übersetzung
von i = 3,8:1. Somit ergibt sich ein dreistufiges Zahnriemengetriebe
mit i = 54,8:1. Das Getriebe ist sehr geräusch- und verschleißarm und
umfaßt
hochbelastbare Zahnriemen. Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung jedoch
auch ein Zahnradgetriebe oder ein Reibrädergetriebe verwendbar ist.
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Weiterhin
ergibt sich aus der gezeigten Anordnung, daß die Turbinenwelle 11 sowohl
als Lagerung der Eingangswelle 12 des Getriebes als auch als
Lagerung der Riemenräder
(Zahnriemenräder) dient
und durch den Schlitten 14 die Spannung der drei Zahnriemen
ermöglicht.
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Die 5 bis 7 zeigen
die Anordnung im einzelnen. Dabei ist ersichtlich, daß der Schlitten 14 zwei
seitliche Bereiche umfaßt,
die mittels der Lagerplatten 25 und 26 miteinander
verbunden sind und somit einen in sich stabilen Rahmen bilden, der
die Rotorwelle 5 und die Turbine 7 trägt. Dabei
zeigt die 6 eine Seitenansicht, aus der
sich die seitliche Verschiebbarkeit des Schlittens 14 ergibt.
Im Zusammenbau ist diese Anordnung in der 5 nochmals gezeigt.
Die 7 zeigt eine stirnseitige Ansicht, aus welcher
sich die rahmenartige Konstruktion, welche auch die Turbinenhalterung 21 umfaßt, ergibt.
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Aus
Gründen
der Vereinfachung der Darstellung und der Übersichtlichkeit wurde darauf
verzichtet, die Zahnriemen im Einzelnen abzubilden. Ebenso wurde
darauf verzichtet, die Verzahnung der Riemenräder 26 bis 31 zu
zeigen.
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An
der Rotorwelle 5 ist eine Kupplungsglocke 32 befestigt,
die mit einem Kupplungselement 33 zusammenwirkt. Die Kupplungsglocke 32 und
das Kupplungselement 33 bilden eine Kupplung 9.
Dies ist als Fliehkraftkupplung ausgestaltet.
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Am
unteren Bereich der Rotorwelle 5 ist ein Kegelrad 34 befestigt,
welches mit einem Kegelrad 35 kämmt, welches wiederum mit einer
nur schematisch dargestellten Heckrotorwelle 36 lösbar verbindbar
ist. Die beiden Kegelräder 34 und 35 bilden
ein Getriebe mit i = 1:4, so daß der
Heckrotor beispielsweise mit 7.200 U/min antreibbar ist, wenn die
Rotorwelle 5 sich mit 1.800 U/min dreht. Hierbei ist eine Turbinendrehzahl
von 100.000 U/min zugrunde gelegt.
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Durch
die beiden Kegelräder 34 und 35 ist die
Heckrotorwelle 36 fest mit der Rotorwelle 5 verbunden,
so daß bei
einem Ausfall des Antriebes und einem Lösen der Kupplung 9 sowohl
der Hauptrotor als auch der Heckrotor zur Autorotation drehbar sind.
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Die 2 zeigt
weiterhin eine Vorspanneinheit 37 zum Vorspannen der Lager 23 und 24.
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Mittels
der Kupplung 9 ist es möglich,
die Turbine zu starten und auf eine Drehzahl von beispielsweise ¾ der Höchstdrehzahl
zu bringen. In diesem Zustand dreht sich zwar das Getriebe, die
Rotorwelle 5 ist jedoch mittels der Kupplung 9 noch
nicht eingekuppelt. Erst bei Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl
erfolgt somit eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Fliehgewicht der Kupplung 9 und der
Kupplungsglocke 32, welche formschlüssig mit der Rotorwelle 5 verbunden
ist. Es ist somit problemlos möglich,
die Turbine zu starten. Weiterhin wird, wie bereits erwähnt, bei
Beschädigung
oder Stillstand des Getriebes sowie der Turbine die Autorotation
des Rotors bzw. des Heckrotors ermöglicht.
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Die
Kupplung 13, welche beispielsweise als flexible, feingewuchtete
Balgkupplung ausgebildet ist, ermöglicht beispielsweise das Starten
der Turbine durch einen zusätzlichen
Elektromotor. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Turbine durch Druckluft
zu starten. In den Figuren wurde darauf verzichtet, diese Druckluft-Startmöglichkeiten
im Einzelnen zu zeigen.
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In
den Figuren ist weiterhin in schematischer Weise die Anordnung einer
Treibstoffpumpe 10 für die
Zufuhr von Kerosin zu der Turbine 7 dargestellt. Die Treibstoffpumpe 10 ist
ebenfalls an dem Träger 4 befestigt.