DE2036384A1 - Anordnung eines Schleudersitzes - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke CRK Dipl.-Ing. F. A.WeιCKMANN₅ Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820 2036384

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

NORTON COMPANY, Worcester, Massachusetts, USA

Anordnung eines Schleudersitzes

Die Erfindung betrifft die Anordnung eines Schleudersitzes in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Militärgerät, z.B. einem Flugzeug, umfassend einen auf Befehl in zum Boden des Fahrzeugs im wesentlichen senkrechter Richtung auszuschleudernden Sitz, welcher mittels einer das Ausschleudern gestattenden Halterung in dem Fahrzeug festgehalten ist, ein Triebwerk zum Ausschleudern des Sitzes aus dem Fahrzeug und eine Antriebsverbindung zwischen dem Triebwerk und dem Sitz.

In Flugzeugen ist das Schleudertriebwerk, das normalerweise

isj von einem Raketenmotor gebildet wird, an dem Sitz befestigt;

to die Kraft, die erforderlich ist, um den Sitz auszuschleudern,

?* muß auf den Sitz übertragen und von diesem ertragen werden. κ* Gewöhnlich ist das Raketentriebwerk an der Rückseite der Sitzo lehne befestigt. Ein typisches Beispiel ist ein Schleudersitz Q aus Metallblech, z.B. Aluminium, der mit der Schleuderrakete' <o verbunden ist; das Metallblech ist verhältnismäßig leicht und hält den hohen Scher- und Zugkräften stand, die beim Ausschleudern erzeugt werden. In der Praxis sind Schleudersitze bisher nicht gepanzert worden, da die Panzerung ein

zusätzliches Gewiel·t darstellen würde. Es ist auch nicht denkbar, die Panzerung in der Flugzeugzelle um den Sitz herum anzuordnen, da hierzu meistens der Platz fehlt.

Es wurde nun gefunden, daß ein gepanzerter Schleudersitz genügend leicht und doch fest genug aus einem Laminat von glasfaserarmiertem Kunststoff und dichtem keramischem Werkstoff andererseits hergestellt werden kairru Diese Erkenntnis kommt überraschend, insofern, als man bisher davor zurückschreckte, einen keramischen Werkstoff dort einzusetzen, wo hohe Scher- und Zugspannungen zu erwarten sind.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der Sitz auf der Basis eines Formteils aus glasfaserarmiertem Kunststoff hoher Zugfestigkeit aufgebaut ist, welcher Formteil auf seiner Vorderseite zur Aufnahme der jeweiligen Person gestaltet ist, daß eine relativ dünne Schicht hoher Druckfestigkeit aus keramischem Werkstoff mit der Rückseite dieses Formteils verbunden ist unter Bildung eines hochfesten Verbundwerkstoffes aus glasfaserarmiertem Kunststoff einerseits und keramischem Werkstoff andererseits und daß die Antriebsverbindung zwischen dem Triebwerk und dem Sitz derart ausgebildet ist, daß die an der Verbindungsstelle zu dem Verbundwerkstoff zu übertragenden Kräfte auf eine große Angriffsfläche des Sitzes übertragen werden.

Der gepanzerte Sitz kann während und nach einem Fallschirmabsprung als Schutz gegen Kleinfeuerwaffen dienen.

Was den Werkstoff selbst anbelangt, so sind seit einigen. Jahren hochwirksame Panzerplatten bekannt, die aus dünnem, hochdichtem Material gefertigt sind, z.B. aus Aluminiumoxyd, Siliciumcarbid, Borcarbid und dergleichen. Laminate aus glasarmiertem Kunststoff einerseits und diesen keramischen Werkstoffen andererseits können zum Einbau in Kampfänzügen verwendet werden; auch sind solche Laminate zur Panzerung

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mams

von wichtigen Teilen von Militärfahrzeugen, zur Panzerung lebenswichtiger Teile von Maschinen und zum Schutz von Mannschaften verwendet worden.

Die Keramikformteile, die zur Herstellung des erfindungsgemäß zur Anwendung kommenden Verbundwerkstoffes verwendet werden, können durch Heißpressen gewonnen werden. Die formteile können plattenartig und verhältnismäßig dünn sein. Ihr Gewicht richtet sich nach den jeweils verwendeten Ausgangsmaterialien. Verarbeitet man solche plattenartigen Formteile zu Verbundwerkstoffen in Verbindung mit glasfaserarmierten Kunststoffen, so erhält man einen Schutz gegen übliche Infanteriewaffen, z.B. gegen panzerbrechende Geschoße vom Kaliber 0,50 (amerikanisches Kaliber).

Borcarbidplatten haben sich als besonders geeignet zur !aminierung mit glasfaserarmierten Kunststofftafeln erwiesen, denn dieses Verbundmaterial bietet denselben Schutz gegen Geschoße wie Verbundmaterialien mit anderen keramischen Werkstoffen; dabei hat aber das Borcarbid den Vorteil, eine gemischte Panzerung mit sehr viel leichterem Gewicht zu liefern. Die Verwendung von Verbundmaterialien unter Einschluß von Borcarbid ist in Plugzeugen und in Sghutzwesten für Hubschrauberpersonal verbreitet.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den TJnteransprüchen.

V/eitere erfindungsgemäße Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Besehreibung, die auf die beigefügten Figuren bezug nimmt; von den Figuren stellen dar:

Figur 1 eine Draufsicht auf einen gepanzerten Schleudersitz nach der Erfindung,

Figur 2 eine Seitenansicht des Schleudersitzes nach Figur 1, teilweise aufgebrochen und

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Figur 3 eine vergrößerte Ansicht in Richtung des Pfeiles 3-3 zur Verdeutlichung des Anbaus des Schleudertriebs an dem Sitz.

In den Figuren 1 und 2 ist die Schleudersitzkonstruktion allgemein mit 10 und der Schleudertrieb mit 12 bezeichnet. Der Schleudertrieb 12 ist gewöhnlich ein Raketentriebwerk, welches in der Lage ist, den Sitz 10 aus dem Plugzeug auszuschleudern. Die Sitzkonstruktion 10 ist gewöhnlich eine Schalensitzkonstruktion, wie sie in Plugzeugen Anwendung findet; sie ist mit den notwendigen Befestigungsmitteln zur Befestigung in dem Plugzeug ausgestattet, wobei darauf geachtet ist, daß der Sitz ohne Behinderung durch diese Befestigungsmittel nach Betätigung des Schleudertriebs 12 ausgeschleudert werden kann. Zu den Befestigungsmitteln der Sitzkonstruktion gehören zwei in Abstand voneinander angeordnete, im wesentlichen senkrecht gestellte Schienen H und 16 mit U-Querschnitt; diese sind an ihren unteren Enden an dem Plugzeug befestigt und nehmen den Sitz zwischen sich auf. Zur Halterung des Sitzes in den Schienen sind Rollen 18 und 20 an den Seitenteilen der Sitzkonstruktion 10 in senkrechtem Abstand übereinander angeordnet. Gewöhnlich ist der Sitz zur Erzielung optimalen Sitzkomforts für den Piloten in den U-förmigen' Schienen H und 16 höhenverstellbar. Hierzu ist ein Steckstift 22 in jeder Schiene vorgesehen, der durch eine Reihe von miteinander fluchtenden Bohrungen 24, 26 in den Aussenschenkeln der TJ-förmigen Schiene hindurchgesteckt werden kann und gleichzeitig ein Halteglied 28 am Sitz 10 durchgreift.

Der Sitz ist aus Panzerverbundmaterial aufgebaut, das aus einer Innenschicht 25 aus ausgeformtem, glasfaserverstärktem Kunstharz und einer keramischen Aussenschicht 27 besteht, wobei letztere aus einzelnen Keramikformteilen zusammengesetzt ist. Methoden, um glasfaserverstärkte Kunstharzteile auszuformen,

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und zwar so, daß diese relativ leicht sind und eine hohe Zugfestigkeit besitzen, sind bekannt. Pur die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist die glasfaserverstärkte Kunstharzformschicht 25 bevorzugt in Form eines Schalensitzes mit einer Vorderseite und einer Rückseite ausgeführt; die Rückenlehne des Schalensitzes ist dabei verhältnismäßig hoch ausgeführt, so daß sie den ganzen Rücken des Piloten deckt und noch darüber hinaussteht, so daß sie auch den Bereich seines Kopfes abdeckt. In der Gesamtform ist der Sitz so ausgebildet, daß er den Körper des Piloten von den Knien bis zum Kopf annähernd vollständig" deckt.

Die Rückseite der glasfaserverstärkten Kunststoffplatte 25 ist so ausgebildet, daß an ihr keramische Formteile befestigt werden können, die zusammen mit der glasfaserverstärkten Kunststoffplatte 25 einen zusammenhängenden, mehrschichtigen, gepanzerten Sitz ergeben. Es sind Methoden zur Herstellung von Keramikformteilen bekannt, welche verhältnismäßig dünne Platten von einer Größe von 10 χ 10 cm bis herauf zu 60 χ 75 cm gewinnen lassen. Unter Anwendung dieser Methoden können die verschiedensten !Formteile hergestellt werden, die dann durch Kleben an der Rückseite der glasfaserverstärkten Kunststoffformschale befestigt werden können; die Kunststofformteile bilden dann eine komplette Schicht 27 und zusammen mit der glasfaserverstärkten Kunststofformplatte einen Verbundwerkstoff, der in der Lage ist, Geschoße bis zu einem Kaliber 0,50 (amerikanische Maßangabe) zurückzuhalten.

Der Schleuderantrieb kann herkömmlicher Bauart sein; in dem Ausführungebeispiel ist ein Raketenschleudertrieb dargestellt; ein äußeres Rohr 30 des Raketenschleudertriebs besitzt ein offenes oberes Ende und ist an seinem unteren Ende mittels eines lagfeubocks 32 an der Plugzeugzelle befestigt. Ein Raketenmotor 34 ist teleskopisch gleitbar innerhalb dee oberen Endes des Rohrs 30 untergebracht und ist an seinem oberen Ende mit der Rückenlehne 30 der Sitzkonstruktion vermittels eines Jochs 36 verbunden. Die Auslösung des Reaketen-

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motors 34 durch den Piloten erfolgt über einen Anschluß 38, über den der Raketentreibstoff entweder auf elektrischem oder mechanischem oder pneumatischem Weg gesundet werden kann. Wenn der Pilot sich entscheidet, mittels des Schleudersitzes auszusteigen, so löst er die Stifte 22, welche den Sitz 10 innerhalb der Schienen H, 16 festhalten, und zündet dann den Raketenmotor 34; der Motor 34 tritt dann nach oben aus dem Rohr 30 aus und trennt den Sitz aus den Schienen 14 und 16 heraus. Selbstverständlich können die Steckstifte 22 automatisch gelöst oder abgeschert werden, um den Sits 10 zu lösen, wenn die Rakete gezündet wird» Auf jeden lall wird der Schub des Raketenmotors bei Zündung auf das Joch 36 und von dem Joch 36 auf den Sitz 10 übertragen. Wenn der Schleudervorgang eingeleitet wird, werden große Spannungen in denjenigen'Teil des Sitzes eingeleitet, an dem das Joch 36 befestigt ist«, Um eine Zerstörung an dieser Stelle zu vermeiden₉ sind Metallbeschläge 40, 42 vorgesehen, welche der gleichmäßigen lastverteilung und damit der Spannungsminderung dienen.

Die Beschläge 40 und 42„ die bevorzugt aus hochfestem Aluminium hergestellt Bind, sind zu beiden Seiten des Verbundwerkstoffs angeordnet. Eine Vielzahl von Löchern durchsetzen die Beschlagteile 40, 42 und den dazwischenliegenden Verbundwerkstoff;' diese Lgcher nehmen Niete 44 auf_s welche die Beschlagteile 40, 42 zusammenpressen. Jeder Beschlagteil AO₉ 42 aist mit einem Zylinderelement 46 verbunden; die Zylinderelemente 46 sind beidseits des Jochs 36 angeordnet. Die Zylinderelemente 46 und das Joch 36 weisen zentrale Bohrungen auf? diese können₉ wenn sie miteinander in flucht sind,, einen Bolzen 4-B₉ beispielsweise einen Bolzen mit quadratischem Querschnitt, aufnehmen^ der das Hauptglied in der Kette der kraftütoartragenden Glieder zwischen dem Joch 36 und dem Sits 10 bildete Da sich der Bolzen 48 gleich weit erstreckt wie die "beiden Zylinderelemente 46 wird die Schleuderkraft des Joches 36 im wesentlichen über die Gesamtlänge der Oberkanten der Besehlagteile 40 und 42 verteilt«

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Zurück nun zu der Befestigung des Sitzes 10 an den U-förmigen Schienen H und 16: Natürlich werden durch das Gewicht des Piloten Kräfte erzeugt, welche über die Verbindung zwischen dem Sitz 10 und den Rollen 18 und 20 fließen. An diesen Verbindungsstellen sind, wie in der Figur dargestellt, Paare von Platten 50 und 52 angeordnet, und zwar auf gegenüberliegenden Seiten des Verbundmaterials. Diese Platten 50, 52 sind an der glasfaserverstärkten Kunststoffschicht 25 durch Niete 54 oder ähnliche Befestigungsmittel befestigt. Die jeweils äußere Platte 50 trägt die Rollen 16, 18; die Keramikformteile, welche die Keramikschicht 27 bilden, sind so angeordnet., daß sie sich an die vier Ecken der Platten 50 anschmiegen. Die Halteglieder 28 für die Durchsteckstifte 22 sind an der jeweils untere Platte 50 befestigt. Sowohl die Platten 50 als auch die Platten 52 haben eine verhältnismäßig große Oberfläche in Berührung mit den anliegenden Schichten des Verbundmaterials, so daß die an diesen Stellen auftretenden Kräfte verteilt werden und eine Lösung der einzelnen Schichten voneinander bei starken. Belastungen des Sitzes vermieden wird.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, die Keramikformteile mit einer Stärke von 12 bis 15 mm aus Borcarbid auszuführen; Borcarbid ist besonders ν bevorzugt wegen seines geringen Gewichts und wegen seiner Panzerungseigenschaften. Borcarbidformteile mit 12 bis 15 mm Wandstärke bieten einen ausgezeichneten Schutz gegenüber panzerbrechenden Geschoßen des Kalibers 0,50 (amerikanisches Kaliber). Es wird ein Mosaik von einzelnen Pormteilen angebracht; diese Formteile können an der Rückseite der glasfaserverstärkten Kunststoffplatte befestigt werden, und zwar so, daß sich ihre Stoßflächen berühren. Zur Befestigung können übliche Klebstoffe verwendet werden; geeignet sind insbesondere die Polysulfidklebstoffe. Daneben können auch Epoxy/Polyurethanharze als Klebstoffe verwendet werden.

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Die zur Anwendung kommenden Borcarbidformteile können verhältnismäßig leicht sein; ihre Dichte mag in der Gegend von 2,3 bis herauf zur theoretischen Dichte von 2,51 Gramm pro Kubikzentimeter liegen; ihre Druckfestigkeit liegt in der Größenordnung von 28 000 kg/cm . Borcarbidformteile sind in Wandstärken von 6 mm bis 15 mm hergestellt und an glasfaserverstärkten Kunststoffplatten zur Anwendung gebracht worden, um Panzerplatten herzustellen, wie sie heute für Gefechtszwecke benutzt werden.

In beispielsweiser Ausführung der Erfindung hat man gepanzerte Sitze hergestellt, in denen die glasfaserverstärkte Kunststoffschicht des Schalensitzes 6 mm dick und die Borcarbidschicht 9 mm dick war; die Borcarbidschicht war dabei mit der Rückseite der glasfaserverstärkten Kunststoffschale vermittels eines Polysulfidklebers verklebt; ein Beispiel für einen solchen Polysulfidkleber ist der unter der Bezeichnung Proseal im Handel befindliche Kleber. Dieser Verbundwerkstoff war in der lage, eine Geschoß mit einem Kaliber 0,30 APM2 bei einer Geschwindigkeit von 900 m pro Sekunde aufzuhalten. Die Borcarbidschicht war dabei in der Weise hergestellt, daß kleinere Keramikformteile mosaikartig zusammengesetzt waren, so daß ihre Stoßflächen allseitig in Kontakt miteinander standen. Der Sitz wurde Besohleunigungsprüfungen in allen Richtungen unterworfen. Die Testbeschleunigungen waren dabei in der Größe derjenigen Beschleunigungen, die auftreten, wenn das Flugzeug in ein Gefecht verwickelt ist; es hat sich gezeigt, daß der Sitz voll ausreichend war, um einen Piloten mittleren Gewichts zu tragen. Dies ist um so beachtlicher, als berücksichtigt werden muß, daß der Sitz nach Art eines frei ausladenden Balkens belastet ist. Die so weit beschriebene Grundkonstruktion des Sitzes kann ergänzt werden durch die Anbringung von Seitenwänden, welche an geeigneten Seitenrahmenteilen des Schalensitzes befestigt werden können. Auch diese zusätzlichen Seitenwände sind bevorzugt aus glasfaser-

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armierten Kunststoffpiatten in Verbund mit Borcarbidbeschichtung hergestellt. Man kann mit solchen Seitenplatten einen zusätzlichen Schutz des Piloten gegen Beschüß von der Seite schaffen.

Es sei nun die Figur 2 betrachtet: Wenn ein Pilot auf dem Sitz sich befindet, so befindet sich der Schwerpunkt normalerweise in einigem Abstand vor der Rückenlehne und über der Sitzfläche 28, wie durch die Buchstaben CG angedeutet. Wie schon gesagt, bildet die Sitzfläche des Sitzes einen frei auskragenden Balken. Die Sitzfläche ist allein schon auf Grund der Erdbeschleunigung, insbesondere aber in einem Plugzeug, in dem zusätzliche Beschleunigungen auftreten können, stark belastet. Die glasfaserverstärkte Kunststoffplatte, die sich längs des Sitzes erstreckt, ist also einer Kraft ausgesetzt, welche die Kunststoffplatte nach unten in Richtung auf den Boden der Flugzeugzelle zu verbiegen sucht. Dadurch wird in die glasfaserverstärkte Kunststoffschicht 25 eine Zugspannung eingeleitet. Wenn die glasfaserverstärkte Kunststoffschicht ihre Form zu ändern beginnt, weil die eingeleitete Zugspannung größer und größer wird, so besteht die Tendenz zu einer Verschiebung der an der Rückseite der Kunststoffschicht angeklebten Keramikschicht. Dank der Wechselwirkung der glasfaserverstärkten Kunststoffschicht einerseits, die eLner Zugspannung unterliegt und der mit dieser Schicht verbundenen Keramikschicht wird in die letztere eine Druckkraft eingeleitet. Da die Keramikformteile an der Rückseite der glasfaserverstärkten Kunststoffschicht 25 hohe Druckfestigkeit besitzen, ist es ersiohtlich, daß die in den Sitz eingeleiteten Kräfte durch die Zusammenwirkung von dessen Teilen voll aufgenommen werden, so lange nur deren elastische Grenzen nicht überschritten werden. Die Fiberglasschicht ist einer Zugspannung unterworfen; sie hat ausgezeichnete Zugfestigkeit und deshalb bleibt der Sitz in Ordnung, so lange, als diese Schicht nicht über ihre elastische Grenze hinaus gedehnt wird. Wenn die Zugspannung so groß wird, daß die glasfaserverstärkte Kunststoffschicht sich verformt, so wird Kraft in die mit ihr verbundene Keramikschicht eingeleitet. Es bauen sich dann Druckkräfte in der Keramikschicht

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auf. Daraus ergibt sich, daß sehr hohe Kräfte in der Verbundstruktur aufgenommen werden können; diese Kräfte erlauben es, den Sitz unter allen Betriebsbedingungen, d.h. unter allen Plugbedingungen voll einsatzfähig zu halten.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Schleudersitz die Aufgabe der Schaffung eines gepanzerten Schleudersitzes gelöst hat, welcher so leicht ist, daß durch sein Gewicht der Schleudervorgang nicht behindert wird. Überdies gibt der Sitz während eines Fallschirmabsprungs dem Springer unter Gefechtsbedingungen Schutz, jedenfalls so lange er in dem Sitz bleibt. Außerdem stellt der Sitz einen leichten und daher tragbaren Schutz nach der Landung, falls der Abspringer dann immer noch unter Peuereinwirkung sein sollte.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   ( 1./Anordnung eines Schleudersitzes in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Militärgerät, z.B. einem Flugzeug, umfassend einen auf Befehl in zum Boden des Fahrzeugs im wesentlichen senkrechter Richtung auszuschleudernden Sitz, welcher mittels einer das Ausschleudern gestattenden Halterung in dem Fahrzeug festgehalten ist, ein Triebwerk zum Ausschleudern des Sitzes aus dem Fahrzeug und eine Antriebsverbindung zwischen dem Triebwerk und dem Sitz, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (10) auf der Basis eines Formteisl (25) aus glasfaserarmiertem Kunststoff hoher Zugfestigkeit aufgebaut ist, welcher Formteil (25) auf seiner Vorderseite zur Aufnahme der jeweiligen Person gestaltet ist, daß eine relativ dünne Schicht (27) hoher Druckfestigkeit aus keramischem Werkstoff mit der Rückseite dieses Formteils (25) verbunden ist unter Bildung eines hochfesten Verbundwerkstoffs (25, 27) aus glasfaserarmiertem Kunststoff einerseits und keramischem Werkstoff andererseits, und daß die Antriebsverbindung (36, 48, 46, 44, 40, 42) zwischen dem Triebwerk und dem Sitz derart ausgebildet ist, daß die an der Verbindungsstelle zu dem Verbundwerkstoff (25, 27) zu übertragenden Kräfte auf eine große Angriffsfläche des Sitzes übertragen werden.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formteil aus glasfaserverstärktem Kunststoff als einstückiger Formteil hergestellt ist.
3. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Schicht (27) aus einer Vielzahl von aneinander stoßenden Keramikformteilen hergestellt ist, die längs ihrer Stoßflächen in innigem Kontakt miteinander stehen.

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4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 "bis 3© dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikformteile aus heißgepresster Borcarbidmasse hergestellt sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsverbindung großflächige vordere und hintere Beschlagplatten (40, 42) umfasst, die zwischen sich einen Teil des den Sitz bildenden Verbundwerkstoffs einklemmen und miteinander in Klemmverbindung stehen«,
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung des Sitzes (10) Führungsteile (18) umfaßt, welche in relativ großem Abstand voneinander in fahrzeugfesten Führungen (14) geführt sind»

   7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Führungsteile (18) an dem Sitz (10) mittels Befestigungsplatten (50, 52) befestigt sind, welche an dem Formteil (25) aus glasgfaserarmiertem Kunststoff großflächig an= liegen, so daß die durch die Belastung des Sitzes erzeugten Kräfte auf eine große Fläche des Formteils 25) aus glasfaserarmiertem Kunststoff übertragen werden«,

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