Rudervibrationen bei Motorlauf
Aus aktuellen Gründen und für die sich schon abzeichnende Bausaison eine Sammlung der möglichen Ursachen für Rudervibrationen, die im Vergleich zu früher jetzt auf den Flugfeldern viel öfter erkennbar sind.
Die Grundursache ist in Modellen mit "leichterer" Bauweise zu finden, die oft die einfachsten Regeln einer statisch wirkungsvollen Konstruktionsart - zB. bei großen Rudern: nur Halbrippen ohne Diagonalstege und mit dünnster Folienbespannung - unberücksichtigt lassen.
Jetzt beliebtere größere Motore mit größeren Propellern rütteln natürlich auch mehr und die bei
diesen verwendeten relativ geringen Drehzahlen bewegen sich öfter im Eigenresonzbereich von Ruderflächen und führen somit zwangsläufig zu besonders großen Rudervibrationen.
Der jetzt aus Gewichtsgründen vorherrschende Trend zu Einzylindermotoren anstelle der vibrationsärmeren Boxermotoren (echte Boxer, nicht 2-Zylinder Pseudostern) tut natürlich das Seinige dazu. Und der trägheitsdynam. ungünstige hängende Zylinder.
Wie auch große (funfly) Ruderflächen mit ihren großen Ausschlägen und "direkter" Anlenkung mit großem Kraftbedarf, die einer erwünscht möglichst hohen Steiffigkeit des gesamten Systems Rumpf-Servo-Ruder ebenfalls widersprechen.
Weiters führen die immer größeren Motoren und Propeller mit hoher Steigung zu einem immer stärkeren und Blatt-gepulsten Luftschraubenstrahl mit dadurch ausgelöstem Rudergetanze. Selbiges wird zwar mit zunehmender Fluggeschwindigkeit (bei relativ geringerem Blatt-Luftstoß) geringer, stört aber die Ruderflächen-Aerodynamik und die konsistente Wirkung der momentanen Ruderstellung. So wird schon manchmal deswegen der eigentlich unberechtigte Schrei "Stööörung!" im Landeanflug hörbar. Damit könnte man ja leben, aber aufgeschaukelte Vibrationen können auch ohne der weiter u.e. mechan. Zellenschäden die Ursache für fatale Kabelbrüche (auch der Antenne), Servoschäden (Zahnradschäden mit folgender Blockierung) etc. sein.
Das bei leichtgebauten Großmodellen feststellbare Vibrieren des ganzen Seitenleitwerks ist allerdings auf die Drehmomentstöße durch die Motorzündung, auf den blattstoßweisen Luftdrall UND einer zu geringe Drehsteifigkeit des Rumpfhinterteils zurückzuführen. Hat natürlich auch Einfluss auf das Seitenleitwerk samt Servobelastung. Die Praxis wird die Lebensdauer solcher Modelle zeigen.
Zum Kern des Berichts:
======================
Unabhängig von der auslösenden Ursache hängt die
Größe der Rudervibration KUMULATIV von allen möglichen "Ungünstigkeiten" ab. Je mehr "Luft" in dem Gesamtsystem ist, umso größer selbstverständlich die Vibration. Und je größer diese Vibration, umso mehr tritt "Selbstaufschaukelung" auf, u.U.
bis zu schweren Schäden am Rudersystem - das Ganze wird immer lockerer - oder sogar bis zum Bruch an der schwächsten Stelle des Systems.
Als Entscheidungshilfe für Verbesserungen die folgende, vermutlich unvollständige Sammlung von vibrationsverursachenden oder -fördernden Materialeigenschaften.
Bereich RUDERFLÄCHEN:
---------------------
_Weiche torsionsfestigkeitsschwache Ruderflächenbauweise
_Holz unter Ruderhebel zu weich, vor Einbau nicht chem. gehärtet.
_Ruderhebelmontage ohne Harzverwendung
_zu weiche und/oder zu kleine Kunststoff-Ruderhebel
_Ruderhebel mit nebeneinander liegenden Schrauben
_Ganz schlecht: Ruderhebel nicht direkt auf oder knappest neben Scharnier (Scharnierstelle = Ort der geringsten Ausweichmöglichkeit des Ruders)
_kein Versteifungssteg zwischen Ruderhebel-Grundplatte und -Arm
_Von Anfang an besonders leichtgängige (Gabelkopfstift-)Löcher mit Ausschlagneigung
_Bei Kugelkopfverwendung: Manche Ruderhebel wegen leichter Verwindbarkeit ungeeignet!
(Lösung: Doppelruderhörner mit dazwischen liegender Kugel)
_Kugelpfannen mit Spiel unter Last (manche der Aludinger mit der Pfannenfeder!)
_zu wenige Scharniere (Pro Flosse: HR mindest 3, lange QU mindest 4)
_ungünstiger Scharnierort: Bei 2 Scharnieren schlecht: 25% und 75% der Ruderholmlänge,
bei 3 Scharnieren: +0% mit 50% und mit -100% (Schwingungsknoten!), selbige sind aber die besten Servohebelpunkte. Somit folgt: besser zB. +0%=Scharnier- und Servoort, mit zB. 40% und mit 100% Scharnierstelle).
Je mehr Scharniere, ruderformabhängig umso besser. Eine anfängliche leichte Schwergängigkeit
(bei fluchtenden!! Scharnierachsen) verschwindet ohnedies nach einigen Flügen.
_Scharniere mit Spiel beim Ziehen oder Drücken an den Scharnierflügeln !!
_detto in Längsrichtung
_Beide Scharnierbetten zu viel Luft direkt neben dem Gelenkteil
_Scharnierbett zu weich und/oder ungehärtet (Superkleber vor Einbau günstig)
-überhaupt zu kleine oder zu weiche Scharniere
_Bei fertigfolierten Modellen: mieser Scharniereinbau. Ein Sicherheitsstift
beseitigt nicht das Spiele im Scharniersystem!! Empfehlenswert: die großen, keilförmigen (kleberverpressenden!) Kavanscharniere.
Aussuchen gegen Querspiel (Ausbeute ca. 50%, vergleichbar günstig!) notwendig.
_Höhenleitwerk: weiche Dämpfungsflächen mit schwacher Folie
_HR-Ruder ohne Gewichtsausgleich in aerodynam. Ausgleichsflächen
_Dämpfungsflächen-Rumpfverbindung zu wenig starr, keine Abspannung
_elastischer u/o schwach dimensionierter Rumpfhinterteil (Material, Geometrie)
_abnehmbare Ruder: Montage-bequeme, aber unnötige Luft zwischen Achse und GFK-Teilen o.ä.
Ungünstige SERVO-Details:
-------------------------
_leicht zu verbiegende Abtriebsachse, besonders bei Servos mit 0 oder 1 Kugellager
_Abtriebszahnrad aus Billigplastik zu wenig verdrehsteif
_unterdimensioniertes weiches Getriebe
_Weiche, schwachdimensionierte Servohebel; bes. schlecht bei Kugelgelenk
_Kugel auf der statisch falschen Seite montiert. Günstiger: Kugel zwischen Hebel und Servogehäuse
_(Feder-) Kugelpfannen mit Spiel unter Last, habe alle wieder ersetzt durch Plastikpfannen
_Servo-Montage ohne Bundnieten
_Bundnieten arbeiten sich ins Brettchen ein, da Bund fälschlich auf der Schraubenkopfseite montiert. Damit wird der Schrauben-Niet-Gummi-Servosteg-Verbund schlicht lockerer.
_Bundniete und (Fremd-)Schrauben mit Durchmesserunterschied
_Ich montiere Servos prinzipiell mit Weichkleberzugabe nach Probemontage (Löcher und Nieten)
_Abtriebszahnrad viel Spiel (schon ausgeschlagen, besonders im Neutralbereich?)
_schnelle Servos zu hart einregelnd in die Neutrallage: führt zu Regelschwingungs-Rudergewackel. Tritt besonders gehäuft bei 5-Zellen-Betrieb auf, aber auch bei schweren Rudern bei 4 Zellen! (Typisch Hi 525, MXP Mikro-speed. Auch ohne(!) laufendem Verbrennungsmotor)
_falsche Servoart; zB. nicht für Motorflug geeignet und somit ohne Gummitüllen
ausgeliefert, wie eben MPX Microspeed.
_Heckmontage an elastischer, unverstärkter Rumpfstelle
_Nur ein (Groß-)Servo bei langen torsionsgefährdeten Großmodellrudern
GESTÄNGE-Fehlermöglichkeiten etc.
---------------------------------
_zu weich, besonders bei langen Gestängen
_lange Gestänge in Rohren zu wenig gegen Durchbiegung abgestützt
_nicht absolut gerade, gebogene Anlenkungen (Gestänge kann durch die Rohrluft zwischen "Kurveninneseite und Kurvenaußenseite" pendeln)
_Nicht fluchtende Ruder- und Servohebel, womöglich noch mit Gestängekröpfungen
_Gabelkopfgewinde nicht mit Mutter fixiert oder Mutter gelockert(!)
_Bowdenzüge zu elastisch, bei Großmodellen keine servo- und seilentlastende Großhebelwippe
================
Interessant an dieser sicher unvollständigen Liste ist, dass eigentlich gar nicht das Gestänge DIE potentielle Vibrationsauslösungsgefahr darstellt (besonders da ihm meistens ohnedies die nötige Aufmerksamkeit gezollt wird), sondern gehäuft im Servo- und/oder Ruderbereich Gefahrenstellen vorhanden sind, die selbstverständlich noch einen verschlechternden Einfluss auf das Rudersystem bei Abnutzung, Ausschlagen, Weicherwerden etc. haben.
VERRINGERUNG der Ruderflatterei durch Ursachenreduzierung:
------------
Für das Geschüttel ist ja öfter ein Glühzünder bis ca. 35 ccm die Ursache. Hier zur Vibrationsreduzierung anzusetzen, ist absolut sinnvoll. Dazu folgende Verbesserunsansätze:
_einfachst: 5-10% Nitro für sauberes Durchzünden auch im Halbgasbereich, dazu eine 1-2 Stufen kältere Kerze, im Vergleich zu GFK nur halb so schwerer Holzpropeller, eventuell eine Zylinderkopfdichtung mehr, wenn man nicht die absolute Spitzenleistung braucht;
und manchmal genügt auch ein kleinerer Prop oder bei Funflyern einer mit kleinerer
Steigung, mit der man dann modellgerecht im "guten" kotzfreien und rüttelarmen oberen Drehzahlbereich fliegt. Leichteste und/oder kleinere oder sogar keine Spinner reduzieren auch Drehmomentstoß-Vibrationen.
_Aufwändigere und teurere Korrekturmöglichkeiten:
Spritpumpe, oder Pumpenvergaser, oder Spezialvergaser: alles überwiegend für einen adaequat kotzfrei einstellbaren Halbgasbereich.
Eigentlich nur ein Kampfmittel gegen die mitgelieferten billigen Einfachstvergaser.
Motorspezialisten werden dazu sicher noch Einiges mehr wissen und mitteilen können. Das Thema verschiedener diskutierbarer Motoraufhängungen habe ich bewusst weggelassen, die o.a. Motormaßnahmen sind ja absolut aufhängungsunabhängig.
Noch einen Grund für extreme Vibrationsspitzen gibt es: Zu weite und immer mehr ausschlagende Flügel- und Leitwerkssteckungen! Bei einem schon öfter geflogenem Holzrumpf (Diablotin 2000) hatte ich beim Auftreten harter Leerlauf-Geräusche einen neuen "zu harten" Motor in Verdacht.
Ohne Flügeln war das Schlaggeräusch weg.
Die Kontrolle ergab: bereits ca. 0.2 mm Spiel Rohr/Rumpflagerung! Beim Erstflug war da sogar eine saugende Passung; die Rumpfwand ist sogar superklebergehärtet.
Spontanhilfe: Tixo Magic; Dauerlösung: Rumpfwand (und ggf. 1.Rippe) ausbüchsen oder, auch genug aber nicht ganz so super, eine Rohrhülse. Ab 0.3mm Luft geht das mit 0.15mm Schrumpfschlauch und ev. weiteres Tixo darunter.
-------------------------------
Ich danke den Teilnehmern des Servo-Ruderwackel-threads vor ein paar Wochen für Ihre Anregung zum Nachdenken für einen neuen thread. Da ist er jetzt. Möge er wenigstens 1 Absturz verhindern!
Ergänzende Postings aus Eurem Wissensschatz für uns Rüttelgeschädigte sehr willkommen!
[ 17. August 2002, 14:24: Beitrag editiert von: Rudolf Fiala ]
Aus aktuellen Gründen und für die sich schon abzeichnende Bausaison eine Sammlung der möglichen Ursachen für Rudervibrationen, die im Vergleich zu früher jetzt auf den Flugfeldern viel öfter erkennbar sind.
Die Grundursache ist in Modellen mit "leichterer" Bauweise zu finden, die oft die einfachsten Regeln einer statisch wirkungsvollen Konstruktionsart - zB. bei großen Rudern: nur Halbrippen ohne Diagonalstege und mit dünnster Folienbespannung - unberücksichtigt lassen.
Jetzt beliebtere größere Motore mit größeren Propellern rütteln natürlich auch mehr und die bei
diesen verwendeten relativ geringen Drehzahlen bewegen sich öfter im Eigenresonzbereich von Ruderflächen und führen somit zwangsläufig zu besonders großen Rudervibrationen.
Der jetzt aus Gewichtsgründen vorherrschende Trend zu Einzylindermotoren anstelle der vibrationsärmeren Boxermotoren (echte Boxer, nicht 2-Zylinder Pseudostern) tut natürlich das Seinige dazu. Und der trägheitsdynam. ungünstige hängende Zylinder.
Wie auch große (funfly) Ruderflächen mit ihren großen Ausschlägen und "direkter" Anlenkung mit großem Kraftbedarf, die einer erwünscht möglichst hohen Steiffigkeit des gesamten Systems Rumpf-Servo-Ruder ebenfalls widersprechen.
Weiters führen die immer größeren Motoren und Propeller mit hoher Steigung zu einem immer stärkeren und Blatt-gepulsten Luftschraubenstrahl mit dadurch ausgelöstem Rudergetanze. Selbiges wird zwar mit zunehmender Fluggeschwindigkeit (bei relativ geringerem Blatt-Luftstoß) geringer, stört aber die Ruderflächen-Aerodynamik und die konsistente Wirkung der momentanen Ruderstellung. So wird schon manchmal deswegen der eigentlich unberechtigte Schrei "Stööörung!" im Landeanflug hörbar. Damit könnte man ja leben, aber aufgeschaukelte Vibrationen können auch ohne der weiter u.e. mechan. Zellenschäden die Ursache für fatale Kabelbrüche (auch der Antenne), Servoschäden (Zahnradschäden mit folgender Blockierung) etc. sein.
Das bei leichtgebauten Großmodellen feststellbare Vibrieren des ganzen Seitenleitwerks ist allerdings auf die Drehmomentstöße durch die Motorzündung, auf den blattstoßweisen Luftdrall UND einer zu geringe Drehsteifigkeit des Rumpfhinterteils zurückzuführen. Hat natürlich auch Einfluss auf das Seitenleitwerk samt Servobelastung. Die Praxis wird die Lebensdauer solcher Modelle zeigen.
Zum Kern des Berichts:
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Unabhängig von der auslösenden Ursache hängt die
Größe der Rudervibration KUMULATIV von allen möglichen "Ungünstigkeiten" ab. Je mehr "Luft" in dem Gesamtsystem ist, umso größer selbstverständlich die Vibration. Und je größer diese Vibration, umso mehr tritt "Selbstaufschaukelung" auf, u.U.
bis zu schweren Schäden am Rudersystem - das Ganze wird immer lockerer - oder sogar bis zum Bruch an der schwächsten Stelle des Systems.
Als Entscheidungshilfe für Verbesserungen die folgende, vermutlich unvollständige Sammlung von vibrationsverursachenden oder -fördernden Materialeigenschaften.
Bereich RUDERFLÄCHEN:
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_Weiche torsionsfestigkeitsschwache Ruderflächenbauweise
_Holz unter Ruderhebel zu weich, vor Einbau nicht chem. gehärtet.
_Ruderhebelmontage ohne Harzverwendung
_zu weiche und/oder zu kleine Kunststoff-Ruderhebel
_Ruderhebel mit nebeneinander liegenden Schrauben
_Ganz schlecht: Ruderhebel nicht direkt auf oder knappest neben Scharnier (Scharnierstelle = Ort der geringsten Ausweichmöglichkeit des Ruders)
_kein Versteifungssteg zwischen Ruderhebel-Grundplatte und -Arm
_Von Anfang an besonders leichtgängige (Gabelkopfstift-)Löcher mit Ausschlagneigung
_Bei Kugelkopfverwendung: Manche Ruderhebel wegen leichter Verwindbarkeit ungeeignet!
(Lösung: Doppelruderhörner mit dazwischen liegender Kugel)
_Kugelpfannen mit Spiel unter Last (manche der Aludinger mit der Pfannenfeder!)
_zu wenige Scharniere (Pro Flosse: HR mindest 3, lange QU mindest 4)
_ungünstiger Scharnierort: Bei 2 Scharnieren schlecht: 25% und 75% der Ruderholmlänge,
bei 3 Scharnieren: +0% mit 50% und mit -100% (Schwingungsknoten!), selbige sind aber die besten Servohebelpunkte. Somit folgt: besser zB. +0%=Scharnier- und Servoort, mit zB. 40% und mit 100% Scharnierstelle).
Je mehr Scharniere, ruderformabhängig umso besser. Eine anfängliche leichte Schwergängigkeit
(bei fluchtenden!! Scharnierachsen) verschwindet ohnedies nach einigen Flügen.
_Scharniere mit Spiel beim Ziehen oder Drücken an den Scharnierflügeln !!
_detto in Längsrichtung
_Beide Scharnierbetten zu viel Luft direkt neben dem Gelenkteil
_Scharnierbett zu weich und/oder ungehärtet (Superkleber vor Einbau günstig)
-überhaupt zu kleine oder zu weiche Scharniere
_Bei fertigfolierten Modellen: mieser Scharniereinbau. Ein Sicherheitsstift
beseitigt nicht das Spiele im Scharniersystem!! Empfehlenswert: die großen, keilförmigen (kleberverpressenden!) Kavanscharniere.
Aussuchen gegen Querspiel (Ausbeute ca. 50%, vergleichbar günstig!) notwendig.
_Höhenleitwerk: weiche Dämpfungsflächen mit schwacher Folie
_HR-Ruder ohne Gewichtsausgleich in aerodynam. Ausgleichsflächen
_Dämpfungsflächen-Rumpfverbindung zu wenig starr, keine Abspannung
_elastischer u/o schwach dimensionierter Rumpfhinterteil (Material, Geometrie)
_abnehmbare Ruder: Montage-bequeme, aber unnötige Luft zwischen Achse und GFK-Teilen o.ä.
Ungünstige SERVO-Details:
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_leicht zu verbiegende Abtriebsachse, besonders bei Servos mit 0 oder 1 Kugellager
_Abtriebszahnrad aus Billigplastik zu wenig verdrehsteif
_unterdimensioniertes weiches Getriebe
_Weiche, schwachdimensionierte Servohebel; bes. schlecht bei Kugelgelenk
_Kugel auf der statisch falschen Seite montiert. Günstiger: Kugel zwischen Hebel und Servogehäuse
_(Feder-) Kugelpfannen mit Spiel unter Last, habe alle wieder ersetzt durch Plastikpfannen
_Servo-Montage ohne Bundnieten
_Bundnieten arbeiten sich ins Brettchen ein, da Bund fälschlich auf der Schraubenkopfseite montiert. Damit wird der Schrauben-Niet-Gummi-Servosteg-Verbund schlicht lockerer.
_Bundniete und (Fremd-)Schrauben mit Durchmesserunterschied
_Ich montiere Servos prinzipiell mit Weichkleberzugabe nach Probemontage (Löcher und Nieten)
_Abtriebszahnrad viel Spiel (schon ausgeschlagen, besonders im Neutralbereich?)
_schnelle Servos zu hart einregelnd in die Neutrallage: führt zu Regelschwingungs-Rudergewackel. Tritt besonders gehäuft bei 5-Zellen-Betrieb auf, aber auch bei schweren Rudern bei 4 Zellen! (Typisch Hi 525, MXP Mikro-speed. Auch ohne(!) laufendem Verbrennungsmotor)
_falsche Servoart; zB. nicht für Motorflug geeignet und somit ohne Gummitüllen
ausgeliefert, wie eben MPX Microspeed.
_Heckmontage an elastischer, unverstärkter Rumpfstelle
_Nur ein (Groß-)Servo bei langen torsionsgefährdeten Großmodellrudern
GESTÄNGE-Fehlermöglichkeiten etc.
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_zu weich, besonders bei langen Gestängen
_lange Gestänge in Rohren zu wenig gegen Durchbiegung abgestützt
_nicht absolut gerade, gebogene Anlenkungen (Gestänge kann durch die Rohrluft zwischen "Kurveninneseite und Kurvenaußenseite" pendeln)
_Nicht fluchtende Ruder- und Servohebel, womöglich noch mit Gestängekröpfungen
_Gabelkopfgewinde nicht mit Mutter fixiert oder Mutter gelockert(!)
_Bowdenzüge zu elastisch, bei Großmodellen keine servo- und seilentlastende Großhebelwippe
================
Interessant an dieser sicher unvollständigen Liste ist, dass eigentlich gar nicht das Gestänge DIE potentielle Vibrationsauslösungsgefahr darstellt (besonders da ihm meistens ohnedies die nötige Aufmerksamkeit gezollt wird), sondern gehäuft im Servo- und/oder Ruderbereich Gefahrenstellen vorhanden sind, die selbstverständlich noch einen verschlechternden Einfluss auf das Rudersystem bei Abnutzung, Ausschlagen, Weicherwerden etc. haben.
VERRINGERUNG der Ruderflatterei durch Ursachenreduzierung:
------------
Für das Geschüttel ist ja öfter ein Glühzünder bis ca. 35 ccm die Ursache. Hier zur Vibrationsreduzierung anzusetzen, ist absolut sinnvoll. Dazu folgende Verbesserunsansätze:
_einfachst: 5-10% Nitro für sauberes Durchzünden auch im Halbgasbereich, dazu eine 1-2 Stufen kältere Kerze, im Vergleich zu GFK nur halb so schwerer Holzpropeller, eventuell eine Zylinderkopfdichtung mehr, wenn man nicht die absolute Spitzenleistung braucht;
und manchmal genügt auch ein kleinerer Prop oder bei Funflyern einer mit kleinerer
Steigung, mit der man dann modellgerecht im "guten" kotzfreien und rüttelarmen oberen Drehzahlbereich fliegt. Leichteste und/oder kleinere oder sogar keine Spinner reduzieren auch Drehmomentstoß-Vibrationen.
_Aufwändigere und teurere Korrekturmöglichkeiten:
Spritpumpe, oder Pumpenvergaser, oder Spezialvergaser: alles überwiegend für einen adaequat kotzfrei einstellbaren Halbgasbereich.
Eigentlich nur ein Kampfmittel gegen die mitgelieferten billigen Einfachstvergaser.
Motorspezialisten werden dazu sicher noch Einiges mehr wissen und mitteilen können. Das Thema verschiedener diskutierbarer Motoraufhängungen habe ich bewusst weggelassen, die o.a. Motormaßnahmen sind ja absolut aufhängungsunabhängig.
Noch einen Grund für extreme Vibrationsspitzen gibt es: Zu weite und immer mehr ausschlagende Flügel- und Leitwerkssteckungen! Bei einem schon öfter geflogenem Holzrumpf (Diablotin 2000) hatte ich beim Auftreten harter Leerlauf-Geräusche einen neuen "zu harten" Motor in Verdacht.
Ohne Flügeln war das Schlaggeräusch weg.
Die Kontrolle ergab: bereits ca. 0.2 mm Spiel Rohr/Rumpflagerung! Beim Erstflug war da sogar eine saugende Passung; die Rumpfwand ist sogar superklebergehärtet.
Spontanhilfe: Tixo Magic; Dauerlösung: Rumpfwand (und ggf. 1.Rippe) ausbüchsen oder, auch genug aber nicht ganz so super, eine Rohrhülse. Ab 0.3mm Luft geht das mit 0.15mm Schrumpfschlauch und ev. weiteres Tixo darunter.
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Ich danke den Teilnehmern des Servo-Ruderwackel-threads vor ein paar Wochen für Ihre Anregung zum Nachdenken für einen neuen thread. Da ist er jetzt. Möge er wenigstens 1 Absturz verhindern!
Ergänzende Postings aus Eurem Wissensschatz für uns Rüttelgeschädigte sehr willkommen!
[ 17. August 2002, 14:24: Beitrag editiert von: Rudolf Fiala ]