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Die Erfindung betrifft ein System zur Bespannung von Flugzeugflügeln und Leitwerken sowie gegebenenfalls Steuerflächen bei Flugzeugen der allgemeinen Luftfahrt, wobei die Flugzeugflügel über eine Rippenkonstruktion verfügen, und wobei die Rippen-Konstruktion an ihrer Ober- und Unterseite jeweils mit Rippenaufleimern versehen ist, und wobei auf die Rippenaufleimer ein Bespannmaterial aufgebracht wird.
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STAND DER TECHNIK
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Klassische Flugzeugkonstruktionen umfassen folgende Hauptkomponenten: den Flugzeugrumpf, die Tragflächen und das Leitwerk. Auch wenn es in Abhängigkeit von der Verwendung viele verschiedene Flugzeugkonstruktionen gibt, verfügen nahezu alle über die genannten notwendigen Hauptkomponenten. Der Flugzeugrumpf beinhaltet die Kabine sowie das Cockpit, die Tragflächen sorgen für den Auftrieb und beinhalten meist auch den bzw. die Tanks. Die Leitwerke sorgen für aerodynamische Stabilität und sind mit Rudern ausgestattet, mit deren Hilfe das Flugzeug in der Luft gesteuert wird. Das Triebwerk sorgt schließlich für die notwendige Vortriebskraft und das Fahrwerk dient dem Rollen am Boden.
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Der Rumpf kann als das Herzstück des Flugzeuges angesehen werden; er beinhaltet sowohl das Cockpit als auch die Kabine mit Platz für Passagiere, bzw. Fracht. Er ist mit allen weiteren wichtigen Konstruktionselementen des Flugzeuges direkt verbunden und versammelt die Steuerungssysteme. Vor allem kommt dem Rumpfwerk die wichtige Aufgabe zu, die Beanspruchungen durch Luft- und Massenkräfte während des Fluges und am Boden auch von den anderen Bauteilen aufzunehmen. Dies bezieht sich beispielsweise auf Auftriebs-, Schub- und Fliehkräfte. Der größte Teil der Beanspruchung geht dabei von am Rumpf befestigten Teilen wie den Tragflächen oder den Leitwerken aus. Bei Sportflugzeugen der Allgemeinen Luftfahrt werden für die Baugruppen meist Beplankungselemente, Spanten und Längsgurte verwendet. Andere Elemente kommen in Abhängigkeit von der verwendeten Konstruktionsweise hinzu.
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Basis eines Flugzeugflügels / Tragflügels ist im Normalfall der Holm, welcher sich über die gesamte Flügellänge erstreckt. Die meisten Flugzeuge verfügen überwenigstens zwei Holme, jeweils einer im vorderen und einer im hinteren Teil der Tragfläche. Quer zu den Holmen sind die Rippen angebracht, welche dem Tragflügel seine aerodynamische Form geben. Auf dieser Konstruktion wird gegebenenfalls die Nasen- und Endleistenbeplankung angebracht.
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Als Wurzelrippe wird bei einer Tragfläche der dickste und innere Teil bezeichnet, welcher mit dem Rumpf verbunden ist und von wo aus dem Flügel sich zur Außenkante hin verschlankt. Der Abschluss am Flügelende wird als Randbogen bezeichnet, die Flügelnase ist die abgerundete Vorderkante. Die Spannweite misst die kürzeste Entfernung zwischen den Randbögen der beiden Tragflächen, die (mittlere) Flügeltiefe ist die Distanz zwischen Flügelvorder- und Flügelhinterkante. Die Flügeldicke bezeichnet die Distanz zwischen Flügelunterseite und Flügeloberseite an der dicksten Stelle der Tragfläche. An der Flügelwurzel wirken die Kräfte am stärksten, weswegen die Tragflächenkonstruktion dort in der Regel auch ihre dickste Stelle hat. Zum Randbogen hin wird das Profil im Allgemeinen flacher. Die Form gebenden Rippen sind dort flacher konstruiert, weisen aber an jeder Stelle ein auftriebserzeugendes Profil auf.
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Die Tragflächen können an Flugzeugen in unterschiedlicher Weise angeordnet sein. Die jeweilige Bauform kann von aerodynamischen Qualitäten, aber auch von konstruktionsbedingten Faktoren abhängen.
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Nach wie vor werden im Flugzeugbau der allgemeinen Luftfahrt und beim Bau ferngelenkter Luftfahrzeuge zur Reduktion des Gewichts Konstruktionen verwendet, bei denen der gesamte Flugkörper oder Teile davon aus einer Konstruktion aus Holmen und Rippen gefertigt ist. Diese können aus Metallen, Holz und/oder Kunststoff bestehen und müssen bespannt werden. Bei der Bespannung handelt es sich vorzugsweise um Folien (ferngelenkte LFV) oder Gewebe, welche auf die Struktur aufgebracht werden.
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Bei bespannten Flugzeugen ist die Bespannung und die Art der Befestigung vom Hersteller des Flugzeuges in das Type-Design integriert. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie z.B. Vernähen (früher sogar Nageln), mit Alu-Schienen festklemmen mit Klemmdrähten fixieren, oder auch mit Nieten. All diese Bespann-Techniken basieren auf Stoffen, die mit Spannlack oder diversen Anstrichen bearbeitet werden.
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In der
DE 849 051 B ist eine Bespannung von Flugzeugen offenbart, welche aus mindestens zwei übereinanderliegenden, mit ihren Kettfäden im Winkel zueinander verlaufenden Gewebestoffbahnen besteht. Dabei wird jede Gewebestoffbahn für sich aufgespannt und diese werden durch eine Behandlung mit Harzen vereinigt. Die Gewebestoffbahnen werden mit lösungsmittelhaltiger Imprägnierung behandelt und nach dem Aufspannen der Bahnen werden diese mit Spannlack behandelt.
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Im Stand der Technik der Firma COMCO wird mithin eine Art Hülle genäht, die über den Flügel geschoben wird. In diese Hülle sind Segeltaschen eingenäht, in die die Segellatten eingesteckt werden und an die Struktur angeschrumpft wird.
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Nachteilig bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Bespannungssystem ist, dass die gesamte Konstruktion aerodynamisch ungenau und somit in alle Richtungen sehr leicht ausschwenken oder schwingen kann. Dies ist für die aerodynamische Güte äußerst nachteilhaft.
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Ein weiterer Nachteil an einem im Stand der Technik bekannten Bespannungssystem ist, dass die Bespannung nach der Fertig-Bespannung lackiert werden muss.
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Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Flugbespannung von Flugzeugflügeln bereitzustellen, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Das bereitzustellende System soll es insbesondere ermöglichen, dass die Bespannung ausschließlich verklebt wird und nicht mehr vernäht und lackiert werden muss.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß ist ein System zur Bespannung von Flugzeugflügeln und Leitwerken sowie gegebenenfalls Steuerflächen bei Flugzeugen der allgemeinen Luftfahrt vorgesehen, wobei die Flugzeugflügel und ggf. Steuerflächen über eine Rippenkonstruktion verfügen, und wobei die Rippen-Konstruktion an ihrer Ober- und Unterseite sowie ggf. links und rechts beim Seitenruder oder Leitwerk jeweils mit Rippenaufleimern versehen ist, und wobei auf die Rippenaufleimer ein Bespannmaterial aufgebracht wird.
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Bei der Rippenkonstruktion handelt es sich um eine Holzrippen-Konstruktion, Alurippen-Konstruktion oder Kunststoffrippen-Konstruktion.
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Als Bespannmaterial wird erfindungsgemäß ein Polyesterbespanngewebe verwendet, vorzugsweise das unter dem Handelsnamen ORATEX® der Fa. LANITZ-PRENA FOLIEN FACTORY GmbH (Deutschland) auf dem Markt befindliche Flugzeug-Bespanngewebe.
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Durch das erfindungsgemäße System wird die Auflagefläche für das Bespannmaterial über Rippenaufleimer vergrößert. Dies führt zum einen zu einer erhöhten Stabilität, zum anderen fällt aber der wesentliche Vorteil ins Gewicht, wonach - anders als bei gängigen Konstruktionen - ein Vernähen oder eine Vernietung des Bespanngewebes mit der Konstruktion gemäß des Original-Type-Designs entfällt.
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Es ist von Vorteil, dass das erfindungsgemäße System die Performance der Flugzeuge verbessert. Das erfindungsgemäße System bewirkt in Verbindung mit der verklebten Bespannung eine Erweiterung der Flugenveloppe dahingehend, dass das Flugzeug wegen der Reduzierung des induzierten Luftwiderstandes sowohl langsamer als auch schneller als die Urversion fliegen kann.
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Unter den Begriff „Flugenveloppe“ versteht man im Wesentlichen eine Hüllkurve der möglichen Leistung eines Flugkörpers in einem Höhen-Geschwindigkeitsdiagramm oder Lastvielfachem-Geschwindigkeitsdiagramm. Flugenveloppen kennzeichnen den zulässigen Betriebsbereich eines Flugkörpers.
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Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass bei jedem Flugzeug durch das erfindungsgemäße System die Flugenveloppe verbessert wird, was am Beispiel von zweisitzigen Ultraleichtflugzeugen (Typ Ikarus C42 und C22 der Firma Comco Ikarus GmbH) erläutert werden soll: So lässt sich beispielsweise die C42, die nach dem erfindungsgemäßen System bespannt wird, sogar bei 50 km/h fliegen, während die Mindestgeschwindigkeit in klassischer Ausführung 65 km/h beträgt. Weiterhin erhöht sich die fliegbare Höchstgeschwindigkeit: Knapp ca. 160 km/h kann mit dem erfindungsgemäßen System nunmehr sogar mit satten 185 km/h geflogen werden.
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Das Steigen hat sich mit zwei Passagieren und vollen Tanks von 2m/s auf 4m/s erhöht.
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Die C42 wird vor allem als Schul- und Freizeitflugzeug eingesetzt. Sie ist auch als Schleppflugzeug von Segelflugzeugen (bis 650 kg) oder Bannern und zum Absetzen von Fallschirmsprengern zugelassen. Die Ikarus C42 ist ein abgestrebter Hochdecker und wird wahlweise durch einen 80- oder 100-PS-Vierzylinder-Viertakt-Boxermotor angetrieben. Die hohe Drehzahl des Motors wird über ein Reduktionsgetriebe (2,27:1/80 PS oder 2,43:1/100 PS) auf den Propeller übertragen. Das Grundgerüst der Konstruktion ist eine Aluminiumröhre, die längs durch den Rumpf verläuft. Die Kabine und der Rumpf sind aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Die Tragflächen sind in einer Rohr-Gittertuchfolie-Bauweise konstruiert. Die C 22 dagegen ist ein abgestrebter Hochdecker und besteht aus verschraubten Aluminiumrohren. Schrauben und Beschläge sind aus rostfreiem Stahl gefertigt. Tragflächen und Leitwerk bestehen aus Gittertuchfolie. Sie wird meistens von einem Rotax 582 und Vierblattpropeller oder einem Rotax 912 mit einem Dreiblattpropeller des Herstellers Warp Drive angetrieben. Die hohen Drehzahlen der Rotax-Triebwerke werden mittels eines Getriebes untersetzt (3,47:1 beim Rotax 582, 2,27:1 beim Rotax 912). Auch bei der C22 haben sich die Flugeigenschaften erheblich verbessert.
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In Sinne der vorliegenden Erfindung ist für die Verbesserung der Performance ein sogenannter Micro-Vortex-Generator-Effekt verantwortlich, welcher den Auftrieb erheblich verbessert. Bedingt durch die Tatsache, dass kein Strömungsstörer erzeugt wird, welcher z.B. durch die Vernähung oder Nietköpfe verursacht würde und eine Versteifung der Tragfläche durch die Umrüstung auf eine starre Flügelkonstruktion mittels Trussrippen und Rippenaufleimern. Sofern die Strömung optimal im Grenzschichtbereich geführt wird, kann sich die maximale Leistung, die die Konstruktion des Flugzeuges hergibt, in Geschwindigkeit umsetzen.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Tragflächenkonstruktion verwindungssteifer wird.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, das Querruder und die Leitwerke verstärkt werden. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die Steuerbarkeit präzisiert und das Ausschweben des Flugzeuges verbessert.
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Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das Bespannmaterial auf die Rippenaufleimer verklebt wird. Bevorzugt bestehen die Rippenaufleimer aus Holz, besonders bevorzugt aus Buchensperrholz oder Birkenholz mit einer Stärke zwischen 1 und 2 mm, besonders bevorzugt im Fall von Buchensperrholz 1,2 mm und im Fall von Birke 1,5 mm.
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Grundsätzlich können die Rippen der Rippenkonstruktion aus Holz, Aluminium, glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder/oder Kunststoff bestehen.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, dass die Innenflächen des Bespannmaterials mit den Rippenaufleimern aus Sperrholz fest verklebt werden. Gegebenenfalls sind Hilfsrippen vorgesehen, um dem Bespannmaterial eine bessere Auflage zu bieten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Rippen eine Truss-Konstruktion. Als Truss-Konstruktion bezeichnet man modulare Fachwerkträger, die zur Aufnahme von Nutzlasten oder zur Konstruktion dekorativer Bauten verwendet werden. Sie bestehen beispielsweise aus Holz, Aluminium oder Stahl.
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Um der Rippenkonstruktion eine höhere Stabilität zu verleihen, sind erfindungsgemäß Aussteifungen oder ein Rippenersatz für den Fall vorgesehen, dass keine echten Rippen vorhanden sind; diese sind ebenfalls mit Rippenaufleimer versehen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bespannmaterial mit dem Rippenaufleimer verklebt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Bespannmaterial auf die Rippenaufleimer mit einem Epoxidharzkleber verklebt. Bevorzugt wird dabei ein wärmeaktivierbarer Klebstoff auf die gesamte Rippenkonstruktion und auf der Innenseite des Bespannmaterials aufgebracht und anschließend werden die beiden Klebflächen mittels Thermokontaktverklebung bei Temperaturen zwischen 85°C und 90°C miteinander verklebt. Als Kleber wird vorzugsweise der Epoxidharzkleber EK9855 der Fa. LANITZ-PRENA FOLIEN FACTORY GmbH (Deutschland) verwendet.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, dass die Verklebung mit Epoxidharzkleber nahtlos ist, und besonders für große Flächen, wie z.B. die vergrößerte Auflagefläche über Rippenaufleimer, langlebig geeignet ist.
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Das erfindungsgemäße System wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren nur bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen, auf welche die Offenbarung hier jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen:
- 1: zeigt die Hauptbauteile eines klassischen Flugzeuges, insbesondere Flugzeugrumpf, die Tragflächen und das Leitwerk. Weitere Details sind der 1 zu entnehmen.
- 2: zeigt den Aufbau einer Rippe mit oberem und unterem Rippengurt ohne die Aufleimer;
- 3: zeigt die schematische Darstellung der Bearbeitungsstation der Rippenkonstruktion. Die Rippenübergangsstücke (1) werden links und rechts neben der Rippe auf dem Hauptholm und mit der Nasenbeplankung zeichnungsgemäß verklebt. Die Rippenaufleimer (6) werden auf dem Rippenobergurt (3) und dem hinteren Interface (4 u. 5) geklebt.
- 4: zeigt schematische Darstellung der Verklebung von Rippenaufleimern und Rippenobergurt einer Aluminmiumrippe.. Das Bespanngewebe (8) wird mittels Thermokontaktverklebung (11) auf dem Rippenobergurt verklebt (3). Der Rippenaufleimer (3) wird mittels Expoxydharzkleber (9) auf dem Obergurt der Rippe verleimt. Überschüssiger Expoxydharzkleber (10) wird entfernt, z.B. abgeschliffen.
- 5: zeigt die schematische Darstellung des Aufsetzens der Rippenaufleimer aus Sperrholz auf den Aussteifungsstreifen (Einheit: mm). Die Rippenaufleimer (12) aus Sperrholz weisen eine Stärke von 1.2 mm und eine Breite von 20 mm oben und unten auf den Aussteifungsstreifen (13) auf.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL:
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Umrüstung am Beispiel eines Ultraleichtfluqzeuqs vom Typ Ikarus C22 der Firma Comco Ikarus GmbH
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Alle in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Materialien, insbesondere das Bespannmaterial, Epoxydharzkleber, etc. sind der ORATEXO-Produktpalette der Fa. LANITZ-PRENA FOLIEN FACTORY GmbH (Deutschland) entnommen. Diese Produkte haben sich im Allgemeinen als sehr vorteilhaft im Sinne der Erfindung erwiesen.
- 1. Die alte Bespannung von der Tragfläche und die Befestigung der Hilfsrippen werden entfernt. Die Alu-Wurzelrippe bleibt und wird nicht demontiert. Sie dient zur Ausrichtung beim Wiederaufbau des Flügels. Die Seilquerverstrebungen müssen gelöst werden, um die neuen Rippen einzufädeln.
- 2. Aus Kiefernholzleisten mit den Maßen 6 x 8 mm werden 32 Rippen gefertigt. An den Knotenpunkten links und rechts werden Sperrholzverstärkungen mit den Maßen 45 x 20 mm, Stärke: 1,2 mm verbaut. Auf die Oberfläche der Rippen wird Sperrholzaufleimer in Stärke 1,2 mm und Breite 20 mm aufgetragen. Die Holzrippen werden mit ORATEX° 2-K-lmprägniergrund auf Dispersionsbasis imprägniert (außer den Kontaktflächen des Gewebes und den Flächen der zu verklebenden Rippen am Nasen- und Endrohr). Die Rippen werden mit dem Epoxydharz-Kleber EK9855 eingeklebt.
- 3. Die Holzrippen werden im Abstand von 320 mm geklebt, beginnend an der Alu-Wurzelrippe am Rohranfang unter Verwendung des Epoxydharz-Kleber EK9855. Dabei muss die Seilquerverstrebungen der Rohrholme beachtet werden.
- 4. An der Nasenleiste werden als Beplankung Sperrholz bis 1,2 mm Stärke in der gesamten Tragflächenlänge verwendet. Diese werden mit dem Epoxy-Kleber angeklebt. Nach dem Aushärten des Epoxy-Klebers werden die Verklebungsstellen geschliffen und imprägniert.
- 5. Im Randbogenbereich wird eine Verstärkung aus zwei Kiefernholzleisten mit den Maßen 10 x 12 mm angefertigt. Die Konstruktion wird hochkant verklebt.
- 6. Die untere Bespannung wird vorbereitet. Das Bespannmaterial, das auf die Unterseite der Tragfläche gebügelt werden soll, wird mit der Innenseite nach oben ausgebreitet, auf die Struktur gelegt, die bespannt werden soll, mit der Oberseite nach unten auf die Innenseite dieser Gewebebahn es werden die Umrisse der mit Kleber zu bestreichenden Bereiche eingezeichnet. In der gleichen Art und Weise wird die obere Gewebebahn vorbereitet.
- 7. Danach wird Dispersionsheißsiegelkleber zwei Mal mit Zwischentrocknung auf die Struktur der Tragfläche und auf die vormarkierten Stellen des Gewebes aufgetragen. Das Bespanngewebe für die untere Tragflächenhälfte wird unter Beachtung der angezeichneten, mit Kleber bestrichenen Fläche auf den Flügel gelegt.
- 8. Die Bespannung wird unter Zuhilfenahme der Werkzeuge Heißluftgebläse und Filzrakel von der Flügelmitte aus nach außen gestrafft. Die Rippen der C22 werden nicht mit der Bespannung vernäht.
- 9. Nach dem Trocknen wird die vorher mit Kleber eingestrichene obere Bespannung aufgebracht. Die Bespannung der Oberseite wird analog zur Bespannung der Unterseite aufgebracht bzw. angebügelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rippenübergangsstück
- 2
- Rippenstreifenknick
- 3
- Rippenaufleimer
- 4
- hinteres Interface
- 5
- hinteres Interface
- 6
- Rippenaufleimer
- 7
- Flugrichtung
- 8
- Bespanngewebe
- 9
- Expoxidharzkleber
- 10
- Überschüssiger Expoxidharzkleber
- 11
- Dispersionsheißsiegelkleber für die Thermokontaktverklebung
- 12
- Rippenaufleimer
- 13
- Aussteifungsstreifen, Aussteifung
- 14
- Landeklappe
- 15
- Propeller
- 16
- Höhenflosse
- 17
- Querruder
- 18
- Spinner
- 19
- Motorhaube
- 20
- Bugrad
- 21
- Hauptfahrwerk
- 22
- Seitenflosse
- 23
- Seitenruder
- 24
- oberer Rippenbogen
- 25
- unterer Rippenbogen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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