Dimensionierung von Steckung und Holm

Moin in die Runde,

ich hoffe wir können in diesem Thread allgemein genug bleiben um Wissen zu bündeln, aber auch konkret genug werden um Anhaltspunkte zu bekommen.

Ich plane derzeit einen Tiefdecker und mache mir Gedanken über die Dimensionierung von Holmen und vor allem der Steckung. Ich suche vergleichbare Flugzeuge und deren Auslegungen, oder aber konkrete Punkte, nach denen man seine Überlegungen ausrichten kann.

Eckdaten:

Spannweite 2.70m
Gewicht: ~20kg
Motor: ca 150ccm
Konstruktion: Holz, voll beplankt (~2mm), beglast, lackiert.

Die Fläche habe ich mit dem Programm 'Winghelper' konstruiert. Hier bei kann man schön sehen, wo bei gegebenem Profil und und V-Form das Maximum für die Steckung liegt. Ich möchte das Flächenmittelteil später fest mit dem Rumpf verkleben, sodass ich die Flächen außen an den Rumpf stecken kann. Die Breite des Rumpfes beträgt in etwa 42cm, die V-Form 3° je Seite. Mit ein bisschen tricksen kann ich so ein 30er Rohr (32er Hüllrohr) auf 1.30m in der Fläche unterbringen. Das wären also ca 44cm in der Außenfläche, welche ca 1.10m lang ist.

REICHT DAS?!?

Zum Vergleich: Die CARF SpitFire hat ein 40er Rohr, das gerade mal 55cm lang ist; 27,5cm je Seite!?! (Hier wird die Fläche aber zusammengeschoben und sitzt unter dem Rumpf)

Wie leitet man die Kraft in die Fläche ein? Ich plane einen vorne wie hinten verkasteten Hauptholm mit Kiefergurten in 10x15mm (hochkant) oben und unten, sowie einen weiteren Holm vor den Rudern.
Da die Profilhöhe endlich ist bekomme ich das Steckungsrohr nicht zwischen die Holme, sondern würde es press davor setzen und miteinander verharzen.
Oder muss das dazwischen sitzen und die Holme sind viel zu dick? Oder geht das so prinzipiell nicht?

Halten soll es.

Lg,
Jonas

1. Meinst Du wirklich hochkant bei den Gurten? Das verschwendet Platz und Material
2. Wenn Du nicht zwischen die Gurten kannst, musst Du Anfang und Ende der Steckung via biegefeste (Teil-) Rippen (Die Verharzung kann man als solche betrachten) an den Holm anbinden. Mit ein paar vereinfachenden Annahmen kann man das berechnen.
3. Wenn irgendwie möglich ist Steckung zwischen den Gurten vorzuziehen

ein 30er Alusteckungsrohr mit 1 mm und 2 mm habe ich schon verbogen bei einem härteren Flugmanöver und rund 17 kg Fluggewicht .

Habe jetzt ein 30er Steckungsrohr drin mit 3 mm Wandung und bis jetzt hält es ... allerdings habe ich mir selber auferlegt ... keine engen Kurven mehr und keine gestoßene oder gerissene Figuren.

Dein Aufbau würde ich mit nochmals überlegen und wenn es eng auf eng zugeht evtl auf 2 Rohre oder Gfk-Stäbe ausweichen .... Rohr zwischen den Holmen ist immer besser ... evtl andere Holme nehmen .... schick mal nen Screenshot von deinem Holmaufbau ... dann sehen wir das besser ...

Gruß Jürgen

Berechnung

Berechnung

Da muss das Biegemomemt berechnet werden und damit die Dimensionierung Steckungsrohr berechnet werden. Entscheidend dafür ist das Gewicht des Rumpfes und die vorraussichtliche G Belastung. Alles andere ist schätzen.

Bei R&G kann man sich Dokumente zur Holmberechnung runterladen. Das muss sinngemäß auf das Steckungsrohr übertragen werden.

Gruß
Thomas

Flunz schrieb:

...verkasteten Hauptholm mit Kiefergurten in 10x15mm (hochkant) oben und unten...

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Holmgurte hochkant... Das ist schon mal falsch. Daraus schließe ich, dass dir die elementaren Grundlagen der Festigkeitslehre nicht mal ansatzweise geläufig sind.

Flunz schrieb:

Ich plane derzeit einen Tiefdecker...
Ich suche vergleichbare Flugzeuge und deren Auslegungen, oder aber konkrete Punkte, nach denen man seine Überlegungen ausrichten kann.
REICHT DAS?!?

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Nein! Das reicht nicht! Den Bau eines derart schweren Flugmodells ohne Festigkeitsberechnung der Holme halte ich prinzipiell für fahrlässig. "Plane einen Tiefdecker" sagt herzlich wenig über künftiges Einsatzspektrum deines Modells, dagegen das Verhältnis des Gewichtes zur Spannweite lässt nur vermuten, dass es sich dabei eher nicht um einen gemütlich fliegenden Motorsegler handeln wird, was noch mehr für die Notwendigkeit einer verantwortungsvollen Berechnung spreche.

Der Wunsch, eine richtige Holmauslegung anhand der Vergleiche mit anderen Modellen ohne genauer Kenntnis deren Auslegung und vor allem ihres Einsatzspektrums (danach hast du doch gar nicht gefragt) zu treffen, erscheint mir als ziemlich blauäugig.

Daher, um den falschen Interpretationen meiner Aussagen und den daraus eventuell resultierenden Baufehlern keinen Nährboden zu bieten, werde ich hier keine Vergleichswerte nennen. Stattdessen empfehle ich dir dringend, dich mit elementaren (mehr muss für oben genannten Zweck nicht sein) Grundlagen der Festigkeitslehre und Statik vertraut zu machen. Ergänzend kannst du auf Modellbau-Literatur, wie z. B. die Segelflugmodell-Trilogie von Franz Perseke zurückgreifen. Diese betrifft zwar explizit Segelflugmodelle, beinhaltet aber (Teil 2, falls ich mich richtig entsinne) allgemeingültige und sehr verständlich geschriebene Abhandlung über Auslegung und Berechnung der Holme.

Fox12 schrieb:

Dein Aufbau würde ich mit nochmals überlegen und wenn es eng auf eng zugeht evtl auf 2 Rohre oder Gfk-Stäbe ausweichen ....

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Erst nachträglich ist mir dieser Satz aufgefallen...
Falls damit zwei Rohre in paralleler Anordnung gemeint sind, ist das ein völlig falscher Weg. Bei Biegebeanspruchung stellt ein Rohr mit größerem Durchmesser eine wesentlich bessere Lösung dar. Und wenn für ein größeres Rohr zu wenig Platz, dann eben die Wanddicke erhöhen. Und wenn das zu extremen Lösungen führt, dann lieber die Profildicke erhöhen, um mehr Platz für einen anständigen Holm samt Steckung zu schaffen.

In diesem Zusammenhang empfehle ich einen Blick in eine der allgemein zugänglichen Tabellen mit Widerstandmomenten für runde (da wir momentan über Steckungen mit rundem Querschnitt reden) Querschnitte zu werfen.

Mit der von dir vorgeschlagenen Lösung, zwei Rohre zu verwenden, ergibt sich in der Praxis folgendes Scenario: Die beiden Rohre/Stäbe werden aufgrund ihrer Lage und Materialbeschaffenheit so gut wie nie genauso stark beansprucht. Bei Überbelastung gibt immer zunächst ein Rohr nach, wodurch die gesamte Beanspruchung vom zweiten Rohr/Stab übernommen werden muss. Das allerdings nicht mehr lange...

Hallo Jonas, hier baut einer öfters sowas: http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/631446-Klemm-L-32-(M-1-2-5)-Bauprojekt/page3 , kannst ihn ja mal anschreiben...

oder hier, ganz unten ein paar Eckdaten: http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/119366-quot-Big-Charter-quot-es-geht-los!/page2

noch einer, 2,70m Spw. geplant: 10 kg...http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/616861-Jodel-D-119-D-ERIK-in-1-3

Jarek schrieb:

Mit der von dir vorgeschlagenen Lösung, zwei Rohre zu verwenden, ergibt sich in der Praxis folgendes Scenario: Die beiden Rohre/Stäbe werden aufgrund ihrer Lage und Materialbeschaffenheit so gut wie nie genauso stark beansprucht. Bei Überbelastung gibt immer zunächst ein Rohr nach, wodurch die gesamte Beanspruchung vom zweiten Rohr/Stab übernommen werden muss. Das allerdings nicht mehr lange...

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Nicht wirklich. (Jedenfalls bei duktilen Werkstoffen). Sobald der eine Verbinder beginnt, sich plastisch zu verformen, verteilt sich die Last gleichmässig. Ein Problem tritt beim Rohr allerdings dann auf, wenn bei dieser Deformation das zuerst nachgebende Rohr bereits beult. Denn dann geht der Widerstand sehr schnell in den Keller. Sooo ungenau ist die Lastverteilung aber hoffentlich am Anfang nicht. (Und die Dimensionierung nicht so knapp.)

Hallo Jonas ,

ich würde dir mal das Exelsheet von Christian Baron empfehlen , siehe : http://www.cb-roter-baron.de/

MarkusN schrieb:

Sobald der eine Verbinder beginnt, sich plastisch zu verformen, verteilt sich die Last gleichmässig.

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Markus, du hast natürlich recht. Aber wenn die plastische Verformung auftritt, ist die Steckung falsch dimensioniert. Diesen Fall sollten wir daher erst gar nicht in Betracht ziehen. Und bei Steckungen aus Carbon stellt sich die Frage kaum noch.

Der Hauptgrund für Vorteile, die ein Rohr mit größerem Durchmesser gegenüber zwei mit kleineren Durchmessern bringt, ist nach wie vor sein größeres Widerstandmoment. Beispiel:
2x d20mm mit 1mm Wanddicke > etwa81000Nm max. Biegemoment
1x 30mm aus gleichem Werkstoff mit 1mm Wanddicke > etwa 96000Nm max. Biegemoment
Ein 30mm Rohr hat also eine etwa 1,2x höhere Biegefestigkeit und ist etwa 20% leichter. In diese Richtung soll die Reise gehen.

Jarek, danke für deine Beiträge, aber enn Du Leute zitierst, dann reiße Aussagen und Fragestellungen bitte nicht aus dem Zusammenhang! Ich habe nie gefragt, ob es reicht sich vergleichbare Flugzeuge anzuschauen; danke.

Zum Inhalt: Richtig, ich weiß nicht wie ich die Holme berechnen soll, deshalb habe ich gefragt, wozu ein Forum ja im allgemeinen da ist. Statt mit Brocken wie "elementare Grundlagen" oder "fahrlässig" um sich zu werfen, hätte ich mir gewünscht, einen praktikablen Weg aufzuzeigen.

An dieser Stelle schon mal ein "Dankeschön" an alle, die dazu beigetragen haben, oder dies hoffentlich noch werden.
Ich möchte das "Problem" nicht schmälern, aber hier geht es um ein f***ing Modell; und davon fliegen mit Sicherheit genug ohne Teil einer wissenschaftlichen Abhandlung zu sein.
Es sollte doch möglich sein, Richtwerte zu finden von denen man ausgehen kann; z.B: "Warbird mit 20kg und 2,5m mindestens Holm BxH, weil...".
There must be something between Maschinenbau und Schaumscheiße!

Nochmals danke für Eure Hilfe.

Jonas, ich glaube schon, dass ich dein Anliegen richtig verstanden und in richtigem Zusammenhang beantwortet habe. Dieser schließt sich doch relativ deutlich in folgender Aussage ein:

Flunz schrieb:

ich hoffe wir können in diesem Thread allgemein genug bleiben um Wissen zu bündeln, aber auch konkret genug werden um Anhaltspunkte zu bekommen.

Ich plane derzeit einen Tiefdecker und mache mir Gedanken über die Dimensionierung von Holmen und vor allem der Steckung. Ich suche vergleichbare Flugzeuge und deren Auslegungen, oder aber konkrete Punkte, nach denen man seine Überlegungen ausrichten kann.

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Und nochmals kurz zusammen gefasst, wäre meiner Meinung nach bei diesem Modellgewicht und deinen knappen Angaben zum künftigen Verwendungszweck deines Modells:
- "Allgemein genug" zu bleiben aus Sicherheitsgründen nicht ausreichend.
- "Konkret genug" zu bleiben erst möglich, wenn die Festigkeit relevanter Bauteile (Holm, Steckung, Fahrwerkaufnahme...) nicht anhand von verallgemeinernden Vergleichen mit anderen Modellen, sondern Modellspezifisch berechnet werden sollte, da solche Vergleiche insbesondere von jemandem ohne zumindest einen Grundverständnis der Zusammenhänge schnell zu falschen Rückschlüssen (siehe Aussage über vertikale Anordnung der Holmgurte) führen könnten. Auch wenn es dir als Teil einer wissenschaftlichen Abhandlung vorkomme, ist eine solche Berechnung im Grunde nicht kompliziert.

Flunz schrieb:

Ich möchte das "Problem" nicht schmälern, aber hier geht es um ein f***ing Modell; und davon fliegen mit Sicherheit genug ohne Teil einer wissenschaftlichen Abhandlung zu sein.

Zum Vergrößern anklicken....

Falls du damit immer noch Modelle mit etwa 20kg Gewicht meinst, sie fliegen, weil ihre sicherheitsrelevanten Bauteile vermutlich sachgemäß berechnet und konstruiert wurden. Dagegen bei kleinen Modellen mit geringem Gewicht sind Konstruktionsvergleiche in einem gewissen Rahmen selbstverständlich vertretbar, da einerseits das Sicherheitsrisiko wesentlich niedriger erscheint, andererseits die hochbelasteten Bauteile meist (extrem ausgereizte Wettbewerbskonstruktionen ausgenommen) ausreichend überdimensioniert sind. Die einen sollte man aber nicht mit den anderen zusammen würfeln.

Du scheinst die Problematik, sagen wir mal, ein wenig zu unterschätzen, auch wenn du schreibst, dass du es nicht möchtest, was ich wiederum selbstverständlich glaube.
Letztendlich sind das, so zu sagen, nicht meine Affen und nicht mein Zirkus. Wir wohnen nämlich ziemlich weit von einander, somit die Wahrscheinlichkeit, dass dein 20kg-Modell jemals auf meinen Kopf kracht, falls seine Tragfläche im Flug sich zusammen faltet, verschwindend gering ist.

Hallo Jarek,

Jarek schrieb:

Auch wenn es dir als Teil einer wissenschaftlichen Abhandlung vorkomme, ist eine solche Berechnung im Grunde nicht kompliziert.

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dann sehe ich eine Restmöglichkeit das auch einem Unwissendem wie mir aufzuzeigen. Evtl. kannst du ja versuchen zu erklären, was zu tun ist.
Es sollte in Deinem Interesse sein, ich verbaue große Tanks

Flunz schrieb:

dann sehe ich eine Restmöglichkeit das auch einem Unwissendem wie mir aufzuzeigen. Evtl. kannst du ja versuchen zu erklären, was zu tun ist.

Zum Vergrößern anklicken....

Da hingehen:

http://www.cb-roter-baron.de/

> Downloads > Holmberechnung

Ein wenig mit dem Spreadsheet spielen und die Bedienungshilfen lesen.

Das reicht eigentlich, um genug über den Auslegungsfall Flügelhom zu lernen. Sonst gibt es auch andere Tutorials im Netz, (z.B. auch Bauberichte bei RCN) die über sinnvolle Konstruktionen von Flügelholmen schreiben.

Auch das hiesige Wiki vermittelt die konstruktiven Grundlagen:
http://wiki.rc-network.de/index.php/Holm

Ansonsten Full ACK zu Jarek: Ein 20 kg Modell baut man nicht mit Dimensionierung Daumen mal Pi. Sonst bricht an einem Jet mit 800N Turbine vor Zuschauern mal wieder kurz das Seitenleitwerk ab... (OK, das war noch mal eine andere Grössenordnung; aber auch ein 20 kg Modell will keiner in seinem Vorgarten einschlagen haben.)

Hallo

Technik ist eigentlich ganz einfach, man braucht da keine 20 Bücher zu studieren .
Die Spannweite ist 2,7 m.
Rumpfbreite 42 cm
Also eine Fläche 1,14 m lang.
Jede Fläche trägt das halbe Modellgewicht also 10 kg.
Das greift mitte der Fläche rechnerisch gemeinsam an bei 0,552 mtr.
Die Kraft ist dann 55 Nm.
Bei zb 10 G Belastung dann das 10 fache = 550 Nm (55 kg).
dann kommt noch die Flächendicke ins Spiel und vor allem der mittlere Holmabstand.
Sind diese im Mittel 5 cm auseinander ?? ist das ein zwanzigstell von einem Meter und die Belastung dann 20 mal so groß.
Also 11 000 N ( 1 100 kg). So fiel wie ein Auto
Gutes Kiefernholz hällt 60 N pro 1 mm² , so braucht man 183 mm² Kieferleiste !!
Da da noch eine 2 mm Beplankung drüber ist sollte das auch locker halten.

Gruß Aloys.

FamZim schrieb:

Technik ist eigentlich ganz einfach, man braucht da keine 20 Bücher zu studieren .
Die Spannweite ist 2,7 m.
Rumpfbreite 42 cm
Also eine Fläche 1,14 m lang.
Jede Fläche trägt das halbe Modellgewicht also 10 kg.
Das greift mitte der Fläche rechnerisch gemeinsam an bei 0,552 mtr.
Die Kraft ist dann 55 Nm.
Bei zb 10 G Belastung dann das 10 fache = 550 Nm (55 kg).
dann kommt noch die Flächendicke ins Spiel und vor allem der mittlere Holmabstand.
Sind diese im Mittel 5 cm auseinander ?? ist das ein zwanzigstell von einem Meter und die Belastung dann 20 mal so groß.
Also 11 000 N ( 1 100 kg). So fiel wie ein Auto
Gutes Kiefernholz hällt 60 N pro 1 mm² , so braucht man 183 mm² Kieferleiste !!
Da da noch eine 2 mm Beplankung drüber ist sollte das auch locker halten.

Zum Vergrößern anklicken....

Bisschen hemdsärmlig, aber besser als Daumen mal Pi.

Kritikpunkte:

Für dias Biegemoment der Fläche setzt man IDR nur das Rumpfgewicht als Belastung ein. (Der Flügel trägt sich mehr oder weniger an jeder Stelle selber, die Last muss nicht als Biegemoment entlang der Fläche "transportiert" werden.) Ist aber egal, da das nur zusätzliche Sicherheit in die Berechnung bringt. Kann aber zu unnötig schwerer Konstruktion führen.

10 g als Lastannahme ist +/- vernünftig. Genauer wäre, aus dem CA max und der Maximalgeschwindigkeit die maximale Vertikalbeschleunigung abzuschätzen. Christian Baron macht das so in seinem Programm.

Widerstand gegen Biegung rechnet man normalerweise über das Widerstandsmoment, aber was Du machst geht auch, wenn die 5 cm als Abstand der Schwerpunkte der Gurtquerschnitte einsetzt. (Heisst "Satz von Steiner", für die, die das mal in der Festigkeitslehre genossen haben.)

Die 2mm Beplankung würde ich rundheraus ignorieren. Balsa trägt minimal. Besser noch irgendwo einen Sicherheitsfaktor hineinrechnen, insbesondere da Du bei der Festigkeit des Kieferholzes optimistische Annahmen machst.

Hallo

Danke erst mal für die Kritik.
Hast ja Recht ist, dadurch aber immer stabieler als erforderlich ! wenn der Holm schon alles hält kann man die 2 mm Beplankung auch weg lassen
Ich mache, wenn es nötig ist einen Bruchlasttest mit dem Material, dann weiß ich es genau !

Gruß Aloys.

Flunz schrieb:

dann sehe ich eine Restmöglichkeit das auch einem Unwissendem wie mir aufzuzeigen. Evtl. kannst du ja versuchen zu erklären, was zu tun ist.

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Das haben inzwischen freundlicherweise Markus und Aloys bezüglich Holmberechnung sehr verständlich erledigt. Diese Genauigkeit finde ich für unsere Zwecke als angemessen. Bei der Steckung ist prinzipiell die gleiche Vorgehensweise anzuwenden. Da bei Steckungen meist bzw. oft runde Querschnitte verwendet werden, wäre hier allerdings wesentlich einfacher, zur Berechnung das Widerstandsmoment (das hat Markus auch schon erwähnt) des verwendeten Rohres anzuwenden. Wie das geht, kann man z. B. hier erfahren:
https://www.lehrerfreund.de/technik/1s/festigkeitsberechnungen-5-uebungsaufgaben-zu-biegung/3703

Hier sind noch einige Kennwerte für die im Modellbau gängigen Werkstoffe gesammelt:
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/23203-Kennzahlen-Gfk-CfK-etc

Hallo

Hab da noch ein paar einfache rechnungen zur Festigkeit
Gilt für Vollmaterial rund und Rechteckig.
Bei Rechteckprofilen nehme Ich 16,6 % des Querschnittes , das sind von einem 10 mal 10 mm ( 100 mm² ) Profil dann 16,6 mm².
Die rechnet man, mal die Festigkeit, von zb 6 kg/mm² bei gutem Kiefernholz = 99,6 kg und dem Hebel von aussen = 1 cm macht dann eine Kraft von 0,996 kg an 1 m Hebel.
Die 100 mm² hat auch ein Holm von 20mm mal 5 mm wenn er hochkant belastet wirt.
Dann hält dieser die 99,6 kg an einem 2 cm Hebelarm und somit das doppelte .
Wenn er aber flach gebogen wirt, greift die Kraft nur an 0,5 cm Hebel und hat nur die Hälfte an Wiederstand zu bieten.
Also 16,6 % vom Querschnitt auf die Bauhöhe.
Bei Rundmaterial ist das weniger da weniger Material an dem Aussendurchmesser ist, und er in der neutralen Mitte am breitesten.
100 mm² hat einer mit 11,3 mm Durchmesser.
Ich rechne bei runden mit 12,5 % des Querschnits = 12,5 mm² aber dann auf 11,3 mm D.
Also 12,5 mal 6 kg = 73 kg aber mit Hebel 11,3 mm = 0,833 kg an einem Meter, also nur 84 % vom Quadratischen.

Um die Belastbarkeit zu ermitteln, mache ich einen Bruchlasstversuch, oder mehrere, bis zum versagen des Materials, und rechne damit zurück auf kg/mm² oder auch Nevton.
Bei Metallen, bis eine bleibende Verformung eintritt, die anderen wissenschaflichen Werte und Bezeichnungen brauche Ich da nicht.
Das kann man alles im Kopf rechnen, Ich will mich doch nicht mit Rechnen beschäftigen, sondern brauch Ergebnisse mit denen man etwas anfangen kann.
Auch die Bezeichnung mit kg ist mir lieber, mit kg kann Ich etwas anfangen zumal alle Wagen nur kg anzeigen.

Gruß Aloys.

FamZim schrieb:

Wenn er aber flach gebogen wirt, greift die Kraft nur an 0,5 cm Hebel und hat nur die Hälfte an Wiederstand zu bieten.

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Aloys, verstehe ich dich richtig? Einen Holm als Vollquerschnitt flach legen ? Warum sollte man das tun? Oder meinst du damit einen Holmgurt? Dann wäre aber noch der zweite Holm zu berücksichtigen und der Hebelarm wesentlich größer, als in deiner Berechnung - das vorausgesetzt, dass eine Verkastung bzw. ein Steg für angemessene Aufnahme der Schubkräfte zwischen beiden Holmen und damit auch "saubere" Verhältnisse sorgen würden. Oder meinst du noch etwas anderes und ich irgendwie nicht dahinter komme?

FamZim schrieb:

Um die Belastbarkeit zu ermitteln, mache ich einen Bruchlasstversuch, oder mehrere, bis zum versagen des Materials, und rechne damit zurück auf kg/mm² oder auch Nevton.

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Bei Steckungen aus Carbon dürften mehrere Bruchversuche zu einer kostspieligen Angelegenheit ausarten, denke ich.