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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Einziehfahrwerk für Modellflugzeuge, insbesondere für eigenstartfähige Segelflugmodelle, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
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Bedingt durch die Weiterentwicklung von Elektromotoren und elektrischer Energiespeicher wurde die Möglichkeit geschaffen immer größere, eigenstartfähige Segelflugmodelle zu entwickeln und mit überschaubarem Aufwand zu bauen. Dieser Trend wird dadurch unterstützt, dass mit eigenstartfähigen Modellen kein aufwändiger Windenstart oder Start mit Hilfe einer Motormaschine notwendig wird.
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Kleinere elektrisch angetriebene Segelmodelle können von Hand gestartet werden und benötigen keine besonderen Vorrichtungen. Bei Segelflugmodellen mit mehr wie 4 m Spannweite und einem Modellgewicht von 5 kg und mehr wird eine solche Startart nicht mehr gewünscht, da die Unsicherheiten beim Start zunehmen. Zum einen erfordert es immer größeren Kraftaufwand durch den Modellpiloten das Flugzeug mit ausreichender Geschwindigkeit in die Luft zu werfen, zum anderen erschwert die Größe des Modellrumpfs ein kontrolliertes Halten und Abgeben in die Luft.
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Derartige eigenstartfähige Segelflugmodelle werden vom Boden aus gestartet. Bekannt sind Antriebslösungen bei denen ein Klapptriebwerk aus dem Rumpf nach oben ausgefahren wird und anschließend ein Klapppropeller über dem Rumpf für die erforderliche Startleistung sorgt, diese können auch als Impeller oder Turbinentriebwerk ausgeführt werden. Weiter sind Antriebslösungen bekannt, bei denen der Elektromotor in der Rumpfspitze angeordnet ist und ebenfalls über einen Klapppropeller die Startleistung erzeugt wird.
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Diese eigenstartfähigen Segelflugmodelle besitzen meist ein Fahrwerk um die nötige Startgeschwindigkeit schnell zu erreichen, aus aerodynamischen und ästhetischen Gründen wird ein Einziehfahrwerk eingesetzt, damit der Luftwiderstand während des Fluges minimiert wird und ein vorbildgetreues Flugbild entsteht. Die Position des Rades im Einziehfahrwerk sollte bei der Landung kurz vor dem Schwerpunkt des Modells sein, dadurch verbessern sich die Landeeigenschaften.
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Bei Modellen mit einem Antrieb in der Rumpfspitze muss für einen sicheren Start ein ausreichend großer Abstand zwischen Propeller und der Startbahn sichergestellt sein. Speziell, wenn auf einer gemähten Wiese gestartet wird, ist eine ausreichende Bodenfreiheit sicher zu stellen. Weiter ist zu berücksichtigen, dass das Modell kurz vor dem Abheben eine waagerechte Rumpfachse einnehmen kann und dadurch sich der Abstand von Propeller zur Startbahn verringert. Große Klapppropeller haben einen besseren Wirkungsgrad und benötigen bei gleicher Schubleistung weniger elektrische Antriebsleistung, was die Belastung auf Motor, Akku und Lager reduziert. Damit ein möglichst großer Klapppropeller verwendet werden kann ist eine ausreichend große Bodenfreiheit wünschenswert.
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Bei Segelflugmodellen mit Klapptriebwerk entsteht beim Start durch die Schubkraft des Antriebs ein Drehmoment, das auf den Rumpf wirkt und die Rumpfnase nach vorne und unten zieht. Je weiter sich das Startrad vor dem Schwerpunkt befindet, desto geringer ist der Einfluss dieses Nickmomentes während des Startvorgangs. Deshalb ist es wünschenswert die Startstellung und damit die Position des Rades vor dem Schwerpunkt des Flugzeuges individuell und möglichst stufenlos und ohne Umbauarbeiten am Fahrwerk auf das Flugzeug und dessen Antrieb einzustellen.
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Beim Landevorgang soll sich die Radachse nahe unter dem Schwerpunkt meist etwas davor befinden, damit nach dem ersten Aufsetzen eine stabile Lage des Rumpfes beibehalten werden kann. Diese Landestellung muss auf das Flugzeug und die Landeplatzverhältnisse eingestellt werden. Aus diesem Grund ist ein Einziehfahrwerk mit 3 frei über die Fernsteuerung anwählbaren Positionen am besten für derartige Modelle geeignet. Es wird erstens eine Startstellung ermöglicht, die weit vor dem Schwerpunkt liegt und einen maximalen Bodenabstand des Rumpfes sicherstellt, sowie zweitens die Landestellung die nur knapp vor dem Schwerpunkt des Modells liegt und drittens die eingefahrene Stellung für den Flug.
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Gebrauchsmuster
DE 20 2013 008 211 U1 beschreibt den Aufbau und die Wirkungsweise eines derartigen Einziehfahrwerks. Um die einzelnen Positionen anzufahren werden bei diesem Fahrwerk zwei Rudermaschinen (Servos) verwendet, die unabhängig voneinander in eine definierte Lage gebracht werden können, damit die vorgesehene Position des Einziehfahrwerks erreicht wird.
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Bei dieser Lösung ist es nachteilig, dass die einzelnen Positionen Bauartbedingt festgelegt sind und nur sehr aufwändig durch einen Umbau des Rumpfes zum Verssetzen des Fahrwerkes im Rumpf verändert werden können. Wenn eine Position nicht genau angefahren wird und nur eine Zwischenstellung angefahren worden ist führt das zu einer instabilen Lagerung des Fahrwerks. Dadurch übertragen sich die bei der Landung wirkenden Kräfte vom Startrad über die Verstellhebel auf die Rudermaschinen. Diese sind mit einem Getriebe ausgerüstet welches nur geringe Drehmomente aufnehmen kann. Die bei einer Landung wirkenden Kräfte auf das Startrad sind so groß, dass diese nicht von der Rudermaschine aufgenommen werden können. Die maximal zulässigen Kräfte auf die Rudermaschinen werden dabei überschritten und diese wird beschädigt oder gar zerstört.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung für ein Einziehfahrwerk darzustellen, bei dem die Positionen für Start, Landung und Flug frei wählbar sind und andererseits die bei der Landung wirkenden Kräfte in keiner Stellung zu keiner Beschädigung oder Zerstörung der Bauteile und insbesondere der Rudermaschinen führen.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn hierfür nur eine Rudermaschine eingesetzt werden muss, mit deren Hilfe alle beliebigen Positionen des Einziehfahrwerks stufenlos angefahren werden können. Das vermindert den Einstellaufwand und schützt vor Fehlbedienungen.
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Dazu ist es erforderlich eine Mechanik einzubauen die durch eine stufenlose und selbsthemmende Kraft- und Bewegungsübertragung keine Rückwirkung vom Startrad auf den Antrieb, vorzugsweise eine Rudermaschine, zulässt. Eingesetzt werden können sowohl Spindelantriebe wie z.B. ein Schneckengetriebe, Harmonie-Drives oder auch Exzentergetriebe. Bei der selbsthemmenden Auslegung der Mechanik ist darauf zu achten, dass genügend Reibung im System vorhanden ist um die Selbsthemmung in jeder Position sicherzustellen. Zudem ist auf Leichtgängigkeit zu achten damit der Antrieb nicht zu sehr belastet wird. Die Kraftübertragung ist vorzugsweise mittels Zahnräder, Keilriemen, oder Zahnriemen möglich. Auch Spindelantriebe oder ähnliches sind möglich
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe wird für die Bewegung der Radschwinge ein selbsthemmendes Getriebe verwendet, vorzugsweise ein Taumel- oder Exzentergetriebe, welches durch Stirnräder angetrieben wird. Bekannt sind solche Getriebe beispielsweise durch das Patent
DE 195 41938 A1 das am 10.11.95 angemeldet wurde. Angetrieben wird das Taumelgetriebe dadurch, dass auf der antreibenden Rudermaschine ein kleineres Stirnrad montiert ist, welches ein zweites, größeres Stirnrad, das mit der Hauptachse verbunden ist, antreibt. Dadurch ergibt sich eine Erhöhung des Drehmomentes auf das Taumelgetriebe. Weiter befindet sich auf der Hauptachse ein Exzenterrad, das die Lagerstelle für das Taumelzahnrad mit Außenverzahnung darstellt. Dieses Exzenterzahnrad ist in die Radschwinge integriert. Ein Exzenterzahnrad mit Innenverzahnung ist fest mit der Gehäuseplatte verbunden. Die Hauptachse ist beidseitig in der Gehäuseplatte gelagert. Wird die Hauptachse durch die Stirnräder und die Rudermaschine angetrieben, so bewegt sich die darauf angebrachte Radschwinge entsprechend der Untersetzung in die vorgesehene Position. Die Lagerung und Ausführung des Exzenterzahnrades und des Exzenterrades muss so ausgelegt sein dass die innere Reibung groß genug ist die Selbsthemmung sicherzustellen aber auch so klein dass eine Standardrudermaschine in der Lage ist das Fahrwerk sicher in jede Position zu bewegen.
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An der Radschwinge ist die Radverkleidung drehbar gelagert angebracht. Weiter befinden sich an der Radverkleidung eine Lagerstelle für das Startrad sowie eine weitere Lagerstelle für einen Federstoßdämpfer. Dieser wird durch eine Dämpferträgerplatte, die fest mit den 2 Radschwingen verbunden ist, in Position gehalten. Durch diese vorteilhafte Ausführung werden Stöße auf das Landerad abgefedert, gedämpft und nicht auf den Rumpf des Flugmodells übertragen.
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Durch die Anlenkung des Federstoßdämpfers an der Radverkleidung wird eine vorteilhafte Lösung erreicht, da die Anzahl und Masse der ungefederten Bauteile sehr geringgehalten werden kann und dadurch die Belastung auf den Federstoßdämpfer ebenfalls minimiert ist, was zu einer kleineren und leichteren Auslegung führt. Des Weiteren werden Stöße nur noch gedämpft auf das Taumelgetriebe weitergegeben. Dieses kann leichtgewichtiger ausgelegt werden und dennoch ist dessen Haltbarkeit noch erhöht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird eine weitere Rudermaschine eingesetzt, damit über einen Seilzug ein Bremsklotz bewegt werden kann. Vorzugsweise wirkt der Seilzug von der Rudermaschine ausgehend nicht direkt auf den Bremsklotz. Eine zwischen Seilzug und Bremsklotz befindliche Feder begrenzt die maximal auftretende auf den Bremsklotz wirkende Kraft. Mit dieser zusätzlichen Maßnahme wird erreicht, dass die Rudermaschine nicht überlastet wird, sondern zu jedem Zeitpunkt eine Regelposition vorgegeben ist, die durch die Rudermaschine erreicht und ausgeregelt werden kann. Die Bremskraft kann dadurch feiner dosiert werden.
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Damit die Rudermaschine die gewünschte Stellung des Landerades einregeln kann wird eine Rudermaschine benötigt, die mehrere Umdrehungen zulässt. Bekannt sind derartige Rudermaschinen für den Antrieb von Seilwinden bei Modellsegelboten. Alternativ kann auch eine Standard-Rudermaschine verwendet werden, jedoch wird das innenliegende Drehpotentiometer zur Lageerkennung am Exzenterzahnrad angebracht. Somit wird das Drehpotentiometer weiterhin als Positionsgeber für die Rudermaschine genutzt, jedoch wird nicht mehr die Position der Antriebswelle abgefragt, sondern die Position des Exzenterrades. Hierzu werden die Anschlüsse des integrierten Potentiometers in der Rudermaschine durch die des externen Drehpotentiometers ersetzt. Der Widerstand des Drehpotentiometers entspricht in etwa dem Wert des integrierten Rudermaschinen-Potentiometers.
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Zur Positionserfassung des Landerads befindet sich auf der Hauptachse eine Schnecke welches ein Schneckenrad antreibt. Die Drehbewegung des Schneckenrades wird auf das Drehpotentiometer übertragen. Das Untersetzungsverhältnis des Schneckengetriebes ist so gewählt, dass das Drehpotentiometer über den gesamten Bewegungsbereich des Landerads einen Drehwinkel von ca. 100° erreicht, das entspricht etwa dem Weg den eine normale Rudermaschine erreicht.
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Zur Erhöhung der Festigkeit bzw. zur Verringerung des Gewichtes des Einziehfahrwerkes ist es vorteilhaft, wenn die Gehäuseplatte, die Radschwinge und die Radverkleidung sowie Bolzen und Trägerplatten aus kohlefaserverstärkten Werkstoffen durch mechanische Bearbeitung hergestellt werden. Alternativ können solche Teile auch sehr kostengünstig aus Metall, vorzugsweise festen Aluminiumlegierungen hergestellt werden, der Gewichtsnachteil wird durch die Kostenreduzierung wirtschaftlich ausgeglichen.
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Komplexere Bauteile, wie z.B. die Zahnräder und das Schneckengetriebe können bevorzugt als 3D-Teil aus einem geeigneten 3D-Drucker hergestellt werden, können aber auch im Spritzgussverfahren bei höheren Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden.
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Für das Startrad werden Durchmesser zwischen 80 und 200 mm vorgesehen. Mit derartigen Radgrößen ist ein problemloses Anrollen beim Start des Segelflugmodells auch bei unebenem Untergrund möglich. Es können auch kleinere oder größere Räder eingesetzt werden, je nach Größe und Gewicht der Modelle bzw. Beschaffenheit des Startplatzes.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
- 1 ein erfindungsgemäßes Einziehfahrwerk in einer eingefahrenen, während des Flugs eingenommenen Position.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
- 2 das Einziehfahrwerk gemäß 1 in einer Landestellung
- 3 das Einziehfahrwerk gemäß den 1 und 2 in einer Startstellung, bei der es eine erhöhte Bodenfreiheit des Rumpfes ermöglicht.
- 4 Schnitt durch die Hauptachse gemäß 3 zur Beschreibung des Bewegungsablaufes in vereinfachter Darstellung. Unbeteiligte Bauteile sind ausgeblendet.
- 5 das Einziehfahrwerk in einer eingefahrenen Position, von oben dargestellt
- 6 Schnitt durch die Fahrwerksmitte zur Darstellung der Anordnung der Radbremse
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Das in den verschiedenen Figuren dargestellte Einziehfahrwerk 1 wird vorzugsweise bei eigenstartfähigen Modellflugzeugen mit einer Spannweite größer etwa 4 m und einem Abfluggewicht größer etwa 5 kg eingesetzt. Der eingesetzte Elektromotor befindet sich entweder hinter der Rumpfspitze und treibt direkt oder über ein Getriebe einen feststehenden Propeller oder einen Klapppropeller an der Rumpfspitze an oder es wird ein Klapptriebwerk verwendet, welches annähernd im Schwerpunkt des Modells eingebaut ist und zum Start aus dem Rumpf herausgeschwenkt wird. Der benötigte Startschub wird ebenfalls über einen von einem Elektromotor angetriebenen Propeller erzeugt.
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Das Einziehfahrwerk 1 befindet sich in einem Fahrwerksrahmen 6 der durch die 2 Gehäuseplatten 2 sowie den Verbindungsplatten 10 und 11 aufgebaut sind. Mit Hilfe der beiden Spante 3 und 4 kann das Einziehfahrwerk 1 fest mit dem Rumpf 5 verbunden werden. Durch die zylindrischen Verbindungselemente 7 bis 9 und die Verbindungsplatten 10 und 11 wird die Rechtwinkligkeit des Rahmens sichergestellt.
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Unterhalb des Fahrwerksrahmens befinden sich die nicht dargestellte Fahrwerksklappen, welche in der in 1 dargestellten Position geschlossen sind und in der Start- und Landeposition, wie in 2 und 3 dargestellt, ein problemloses Aus- und Einfahren des Startrades 23 ermöglichen.
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In 4 wird die Anordnung der Antriebselemente dargestellt. Die Rudermaschine 12 treibt ein kleines Stirnrad 13 an welches die Rotation auf ein weiteres, größeres Stirnrad 14 überträgt. Das Stirnrad 14 ist so ausgebildet, dass sich eine Schnecke in seiner Verlängerung befindet und an den Enden jeweils über einen Kegel eine Anlagefläche für die Radschwinge 15 erzeugt wird. Das Loch im Stirnrad 14 ist als Vierkant ausgebildet, ebenso die Hauptachse 19, so daß diese nur mit geringem Spiel ineinandergeschoben werden können. Die Hauptachse 19 überträgt die Drehbewegung auf den ebenfalls mit einem Vierkantloch ausgestatteten Exzenter 18. Der Außendurchmesser des Exzenters 18 bewegt das innere Exzenterzahnrad 16 welches dadurch auf dem äußeren Exzenterzahnrad 17 abrollt. Durch diese Abrollbewegung wird eine Drehbewegung entgegen der Drehbewegung des großen Stirnrads 14 erzeugt. Das äußere Exzenterzahnrad 17 ist fest mit der Gehäuseplatte 2 verbunden, das innere Exzenterzahnrad 16 ist fest mit der Radschwinge 15 verbunden wodurch sich dessen Bewegung auf die Radschwinge überträgt. Durch die Verwendung einer Vierkant-Hauptachse 19 ist eine exakte Ausrichtung der rechten und linken Exzenterräder 18 möglich. Durch exakt angebrachte Bohrungen in Exzenterzahnrad innen 16 und Radschwinge 15 ist sichergestellt, dass sich diese genau gegenüber befinden.
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Weiter ist in 4 zu erkennen, wie das Schneckenrad 20 zur Schnecke auf dem Stirnrad 13 positioniert ist. Das Schneckenrad ist mit einer Achse 21 verbunden welches die Drehbewegung auf das Drehpotentiometer 22 überträgt.
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In 2 ist die Position des Startrades 23 in der Landestellung. Die seitliche Radverkleidung 24 ist an der Radschwinge 15 mit Hilfe einer zylindrischen Achse 25 gelagert. Die Achse wird auf beiden Seiten durch Schrauben in der vorgesehenen Position gehalten. Stift 26 dient als Aufnahme für den Federstoßdämpfer 27.
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In der in 5 dargestellten Startstellung des Startrades 23 ist das Festlager des Federstoßdämpfers 27 dargestellt. Stift 28 verbindet 2 Befestigungsklauen 29 mit der Bohrung im Federstoßdämpfer 27. Die 2 Bestestigungsklauen 29 umschließen die Dämpferträgerplatte 30 welche an den 2 Radschwingen 15 befestigt ist.
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6 zeigt den auf das Startrad 23 wirkende Bremsklotz 31. Zur Betätigung der Radbremse ist eine Rudermaschine 32 auf der gefederten Schwinge 33 montiert. Mittels einer Verbindung durch eine Schnur oder ähnliches wird der Hebel 33 um die Drehachse 34 bewegt, damit der Bremsklotz 31 und auf den Umfang des Startades 23 drückt. Durch die entstehende Reibung wird das Startrad 23 abgebremst.
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Gelöst wird die Bremse durch eine Feder 36 die der Rudermaschine entgegenwirkt oder auch durch die Verbindung 35 zwischen Rudermaschine und Hebel. In die Verbindung von Rudermaschine zu Bremshebel ist eine Feder 36 eingebaut die es erlaubt, die Bremskraft fein zu regulieren. Bei einer Bewegung der Rudermaschine, nachdem der Bremsklotz 31 bereits anliegt, wird die Feder zusammengedrückt und dadurch die Kraft entsprechend der Federrate erhöht.
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In der in 3 dargestellten Startstellung des Startrades 23 weist dieses einen Abstand A1 von dem vorderen Spant 3 auf, wobei der Abstand A2, wie in 2 dargestellt geringer ist, beispielsweise um einen Wegbetrag von mehr als 30 mm, und sich wie im Text beschrieben vor dem Schwerpunkt des Flugmodells befindet.
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Die Bodenfreiheit H1 vergrößert sich in der Startstellung, wie in 3 dargestellt ist, gegenüber der in 2 dargestellten Bodenfreiheit H2 um wenigstens 20 mm, vorzugsweise um mehr als 30 mm.
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Das soweit beschriebene Einziehfahrwerk 1 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. So ist insbesondere eine andere konstruktive Anordnung der Stirn- und Schneckenräder 13, 14 und 20 möglich. Sowohl der Antrieb für die Stirnräder wie auch für die Radbremse muss nicht zwangsläufig durch eine Rudermaschine ausgeführt sein, hier sind auch Elektromotoren mit und ohne Getriebe möglich.
Die Drehachse der Radschwinge muss nicht zwangsläufig mit der Drehachse des Exzentergetriebes identisch sein. Die Radschwinge muss nicht zwingend ins Exzenterrad integriert sein und kann separat eingebaut sein. Dafür kann eine außerhalb des Exzenters liegende Drehachse für die Radschwinge verwendet werden und die Radschwinge mittels Hebel durch den Exzenter bewegt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einziehfahrwerk
- 2
- Gehäuseplatte
- 3
- Spant vorne
- 4
- Spant hinten
- 5
- Rumpf
- 6
- Fahrwerksrahmen
- 7
- Verbindungselement
- 8
- Verbindungselement
- 9
- Verbindungselement
- 10
- Verbindungsplatte
- 11
- Verbindungsplatte
- 12
- Rudermaschine
- 13
- kleines Stirnrad
- 14
- großes Stirnrad
- 15
- Radschwinge
- 16
- Exzenterzahnrad innen
- 17
- Exzenterzahnrad außen
- 18
- Exzenterrad
- 19
- Hauptachse
- 20
- Schneckenrad
- 21
- Achse
- 22
- Drehpotentiometer
- 23
- Startrad
- 24
- Radverkleidung
- 25
- Achse
- 26
- Stift
- 27
- Federstoßdämpfer
- 28
- Stift
- 29
- Befestigungsklaue
- 30
- Dämpferträgerplatte
- 31
- Bremsklotz
- 32
- Rudermaschine
- 33
- Schwinge
- 34
- Drehachse
- 35
- Verbindung
- 36
- Feder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013008211 U1 [0009]
- DE 19541938 A1 [0014]
