Thomasson Spindrift Surfski

[vanderalm]

Bevor mein SeaRacer überarbeitet und lackiert ist (woran sich in den nächsten Wochen auch nichts ändern wird), habe ich gestern Pläne für das "Schwesterboot" gekauft: Spindrift, ein Surfski mit 608cm Länge und 48cm Breite.
Vor 2014 werde ich wohl kaum damit anfangen, bis dahin sind aber ohnehin noch einige Planungen nötig.
hier ein Link:
http://www.thomassondesign.com/en/ca...ks/spindrift-2

Ich überlege, ob ich das Teil testweise mal aus 100% carbon machen sollte. Ein Surfski wird ja ohnehin nicht wie ein Kayak misshandelt, mir geht es da vor allem um eine leichte, schnelle Trainingsmaschine.
Allerdings komme ich nicht so richtig weiter bei meinen Recherchen zum Laminataufbau. Hat jemand eine konkrete Ahnung davon, wie dick/schwer das Laminat sein muss um genügend Reserve vor Brüchen zu bieten?
Meine Vage Rechnung geht bisher wie folgt: Wenn man sich so umsieht, wiegen die leichtesten Kayaks/Surfskis so um die 9-10 Kilo. Bei einer geschätzten Oberfläche von knapp 5m2 wären das ca 2Kg/m2. Bei idealen 50% Harzanteil also 1000g/m2 Carbon. Mit dieser Laminatstärke habe ich auch ein paar Kleinteile und den Süllrand gemacht, hält wie Bombe – aber das kann theoretisch bei 6m Länge ganz anders aussehen…

Jemand Ideen, wie/ob man das fundierter angehen kann?

[Luftschiffer]

Hallo Matthias,

Wenn Du mit einem Kajak gewichtstechnisch ans Limit gehen willst, wirst Du kaum einfache Formeln oder vorgegebene Rechenwege finden, aber das ist dir sicher klar.
Die Tipps von Björn Thomasson auf seiner Homepage hast Du bestimmt auch bereits verinnerlicht. Denen kann ich nichts Wesentliches hinzufügen.

Die entscheidende Stelle in deinem Beitrag ist wohl "...genügend Reserve vor Brüchen...".
Wenn Du so ein Boot nur nach der normalen Belastung durch das Wasser und den Paddler auslegst, sollte es möglich sein, weit unter 10 kg zu bleiben, selbst mit Sicherheitsreserve. Ob das dann noch ein praxistaugliches Boot ergibt, ist allerdings ein anderes Thema.

Im statischen Lastfall sieht das so aus:
Von oben hast Du Hintern und Füße des Paddlers mit entsprechenden Gewichtskomponenten, von unten die Auftriebsverteilung des Wassers. Nach vorn die Antriebskraft des Paddlers und nach hinten die Widerstandskraft des Wassers. Wobei ich diese beiden Kräfte unter den Tisch kehren und nur Auftrieb vs Gewicht rechnen würde. Die vektorielle Kräftesumme ist 0.

Das Boot hat leider keinen konstanten Querschnitt wie ein Balken, sondern das Widerstandsmoment ändert sich über die gesamte Rumpflänge.
Schwachpunkt und auch schwer rechnerisch zu erfassen ist hier mit Sicherheit die Cockpitöffnung.
Du kannst näherungsweise annehmen, dass die Belastung um das Gesäß des Paddlers am höchsten ist. Worst case wäre ein an Bug und Heck gestütztes Boot, das in der Mitte frei hängt, mit dem gesamten Paddlergewicht auf dem Sitz. Als Serienboot-Konstrukteur würde ich jedenfalls genau dieses vereinfachte Modell rechnen, wenn überhaupt.
Und dabei einen sinnvollen Lastfaktor berücksichtigen.

Ein erfahrener Konstrukteur könnte vermutlich auch für Kollisionen und Grundberührung sinnvolle Lastannahmen machen und das dann per FEM am CAD-Design durchspielen, oder sogar wie die Autohersteller dynamische Crash-Simulationen machen.
Dieser Aufwand bleibt uns Freizeitbastlern jedoch vorenthalten, da bleiben nur empirische Methoden. Und die sind nach meinem Kenntnisstand auch heute noch im allgemeinen Schiffsbau Standard.

Wenn Du ein gewichtsoptimiertes Boot ohne Holz willst, kommt nach meiner Ansicht ausschließlich der Bau in Negativformen in Frage.
Bist Du dazu eventuell bereit?
Riesen-Vorteil wäre, dass man mit moderatem Aufwand mehrere Boote bauen kann, die sich nur bezüglich innere Struktur unterscheiden, aber identische Fahreigenschaften haben. So wäre es möglich, ein robusteres Trainingsboot und ein Hightech-Wettbewerbsboot zu besitzen.
Nationalteams im Modellflugsport machen das schon seit vielen Jahren so. Einige von denen fräsen ihre Negativformen aber auch schon seit vielen Jahren direkt per CNC-Maschine. dagegen sind wir Hobby-Bootsbauer (und sogar einige Profis) ziemliche Dilettanten.

Vielleicht liest hier jemand mit, der schon mal professionell Bootsrümpfe festigkeitsmäßig dimensioniert hat?

Gruß,
Martin

[vanderalm]

Hi Martin,
es geht jetzt gar nicht so sehr darum, bis ans Limit zu gehen, ein bisschen Reserve ist nicht verkehrt.
Das hier ist ja ein Surfski, kein Kayak, und der soll auch mal im Meer aus 1m Höhe auf eine Welle klatschen können, ohne zu brechen.
Insofern sind die Lastprobleme im Cockpit nicht so groß, weil der Sitzbereich ja Teil der Außenhaut ist und Lasten so besser verteilt werden.

Eine Negativform würde ich schon bauen, lieber wäre mir aber, einfach auf ein Positiv zu laminieren (deshalb auch 100% Carbon, ohne zusätzlichen Kern).
Generell fehlt mir aber ein Richtwert, mit welchen Laminatstärken z.B. normale Glas-Kayaks ausgerüstet sind und was ich als soliden Wert veranschlagen sollte.

Mir geht es hier wirklich darum, etwas dazu zu lernen, nicht unbedingt den einfachsten Weg zu finden. Mittelfristig würde ich gerne versuchen, ein Carbon/Holz/Glas(oder Carbon) Laminat auf einem Positivkern aufzubauen, mit weniger Holz und mehr Carbon als im Selbstbau so üblich.

[Luftschiffer]

Hallo Matthias,

Ich kenne mich leider bei den Paddelooten in Faser-Verbundbauweise nicht wirklich aus und habe mein bisschen Fachwissen aus anderen Anwendungsgebieten mitgebracht. Mit konkreten Dimensionierungs-Hinweisen kann ich daher nicht dienen, bin aber an deinen Versuchen sehr interessiert.

Gerade weil es hier auch ums Ausprobieren und Erfahrung sammeln geht, wäre meiner Meinung nach eine Negativform sehr zielführend. Dann könnten mehrere Rümpfe darin laminiert und verglichen werden, ohne jedesmal den Riesen-Aufwand mit der Oberflächenbearbeitung zu haben.

Ich finde, Positiv-Bauweise macht hier nur Sinn, wenn Du dir sicher bist, nur ein einziges Exemplar bauen zu wollen. Es geht dir aber, wie Du schreibst, gerade ums Ausprobieren. Falls das Ergebnis im 1. Anlauf nicht passt, wirst Du dann ein ganz anderes Boot bauen wollen oder es mit demselben Boot und geändertem Laminierplan noch mal versuchen?

Mit der Leistenbauweise kommst Du sehr schnell (vor allem bei deinem Arbeitstempo!) zu einem brauchbaren Urmodell.
Dessen Oberfläche schön eben und glatt zu bekommen, geht ohne die Vorgabe, auf Spachtelmasse zu verzichten, sehr viel einfacher als beim Boot in Positivbauweise.

Das Abformen bei so einem Boot ist auch keine Hexerei. Du brauchst vielleicht nur eine Trennebene und zwei Formteile. Wobei, die geschlossene Bauweise des Surfskis ist hier eher ein Nachteil, weil Du nach dem Schließen der Form innen schlecht dran kommst.

Das Einzige, was mich hier von Urmodell und Negativform abschrecken könnte, wären die Materialkosten für die Negativform. Ich schätze mal, so 500-700 Euro wirst Du investieren müssen, wenn Du eine einfache zweiteilige Form baust, die für 3-10 Entformungen taugt. Der reine Arbeitsaufwand dürfte selbst bei nur 2 Booten aus der Negativform schon eher niedriger sein als bei 2 Booten in Positivbauweise.

Gruß,
Martin

[vanderalm]

Ja verdammt, wahrscheinlich hast Du recht.
Insbesondere die Nachbearbeitung und das Finishing ist bei Negativbauweise ja verschwindend gering.
Kosten für das Negativ sind sicher nicht so hoch, wie von Dir geschätzt. Klar muss sie stabil sein aber da kann ich ja auch eine Art Mallenkonstruktion aus Holz integrieren, dann muss da nicht so viel Gewebe/Matte verwendet werden.

[Harry W]

Hi Vanderalm.
Kurze Frage wie laminierst Du UD carbongelege?Will den Boden meines Shearwater Double damit machen.Jetzt ist das Material da,es ist auf einer dünnen Folie aufgerollt und sieht sehr filigran auf.Gruß Harry

[vanderalm]

Hallo Harry,
UD ist nicht gleich UD aber ich vermute mal Du hast das hier? http://www.hp-textiles.com/shop/prod...-u100-50c.html ?
Es hängt stark davon ab, wie die Filamente vernäht sind. Die im Link gezeigte Variante finde ich am besten, es lässt sich sehr gut ohne Klebeband zuschneiden. Allerdings ist es mit Rolle oder Pinsel kaum zu tränken, ohne dass es anfängt zu zerfusseln (die gestitchte Seite ist etwas besser). Ich verarbeite das Zeug ja im Vakuum, deshalb ist das relativ einfach. Wenn Du ohne Vakuum arbeitest, würde ich Dir empfehlen, als letzte Schicht ein dünnes Gewebe drüber zu legen.

[Harry W]

Hi Vanderalm.
Danke für Deine Antwort .Du hast recht hab so ein Material bloß der Hersteller ist ein anderer. Heißt das das ich das Gelege trocken plaziere und mit der glasschicht die ich im Inneren verwende laminiere.Will am WE damit anfangen und da bis jetzt alles so gut geklappt hat will ich es jetzt nicht versauen.Gruß Harry

[vanderalm]

Hi Harry,
das führt jetzt ein bisschen weit ab vom Thema dieses Threads – wenn Du weitere Fragen hast, schreib mir bitte eine PN oder eröffne ein neues Thema.

Ich verstehe nicht so recht, warum Du innen Glas und außen Kohle laminierst. Welches Ziel verfolgst Du mit dem Kohlegelege?
Du solltest berücksichtigen, dass Kohle (insbesondere UD-Gelege) deutlich empfindlicher als Glas ist – wenn Du also schon beide kombinieren willst, dann würde ich es genau umgekehrt machen.

Zurück zum laminieren: Ich grundiere zunächst mein Holz, warte, bis es klebrig wird und lege dann das Carbongelege ein und presse es von Hand trocken an. Darüber plaziere ich ein 25g/m2 Glasgelege oder Vlies, das ausschließlich dem Schutz der Kohlefasern dient. Darüber lege ich dann Abreißgewebe und erst jetzt tränke ich mit Harz. Danach kommt dann der ganze Vakuumkram, aber darauf kann natürlich auch verzichtet werden. Nach dem angelieren muss dann allerdings mit dem Rakel das Überschüssige Harz abgenommen werden.

[Harry W]

Hi Matthias.
Tut mir leid das ich soviel dazwischen geschrieben habe .Danke für Deine Antwort damit hast Du mir sehr geholfen.Das Gelege kommt schon innen rein.
Gruß Harry

[vanderalm]

Ok, zurück zum Thema.
Mal angenommen, ich baue mit Negativform…

…und mal angenommen, ich baue doch mit Schaumkern (thermische/akustische Erwägungen…) Dann könnte ein Laminataufbau z.B. so aussehen:

- Negativform mit transparentem Gelcoat vorbeschichtet.
- Carbon Köper 160g
- Carbon Biax +/-45° 200g
- Carbon UD 0° 100g
- Airex o.ä. 5mm, Gewicht ca 300g/m²
- Carbon UD 90° 100g
- Carbon Biax +/-45° 200g
+ Verstärkung im Cockpit.

Mit diesem Aufbau komme ich auf ca. 1,9Kg/m2, heißt: knapp 6Kg Rumpfgewicht und ca. 9Kg Gesamtgewicht.

So, jetzt aber der Schwachpunkt: Wie ist es möglich, ein solches Laminat in einem Zug per Infusion zu laminieren? Der Schaum müsste wohl irgendwie genadelt sein (gibt es sowas zu kaufen?) um einen Durchfluss unterhalb der Schaumlage zu ermöglichen. Gleichzeitig wäre dieser Fluss aber kaum zu kontrollieren bzw. würde das Harz auf der Oberfläche wesentlich schneller fließen als unterhalb des Schaums.
Es gibt diese schöne, sündhaft teure MTI-Saugleitung, die nur Luft absaugt und das Harz zurückhält – Damit aber müsste ich das Harz vorher absolut exakt berechnen, was kaum möglich ist.
Wenn ich wiederum in 2 Etappen laminiere, verbrauche ich Unmengen

Jemand Ahnung und Erfahrung oder einfach eine Idee?

[René]

Hallo Matthias,

mal angenommen du nimmst Aramidwabenkernmaterial. Dann müsstest du erst die Aussenlage mit Abreissgewebe laminieren. Danach eine Koppellage und den Wabenkern. Jetzt kommen die Inneren Lagen. Alles unter Vakuum.

Vom Preis und Aufwand her sicher etwas höher. Die Festigkeit dürfte im Verhältnis zum Gewicht überragend werden.

Schau dir mal dies hier dazu an: http://silence-aircraft.de/

Die Jungs haben eine Diplomarbeit über Wabenkernverbund geschrieben. Darin ist die Entwicklung ihres Ultraleichtflugzeuges beschrieben. Erstaunlich ist die Festigkeit der Tragflügel trotz der leichten Bauweise.

Schau dich mal im Downloadcenter bei R & G um. Dort ist die Wabenkernbauweise recht gut beschrieben. Und mit deinen Kenntnissen sicher auch umsetzbar.

Gruß René

[René]

Hier noch der direkte Link zur Dissertation:

http://www.r-g.de/w/images/9/99/Diss...bert_Funke.pdf

Gruß René

[vanderalm]

Hi René,
klar, mit Waben lässt sich auch das letzte Quäntchen rauskitzeln. Allerdings schnellen die Kosten da dann schon exponentiell in die Höhe.
Von den Kosten für das Nomex mal abgesehen gibt es ein paar Nachteile:
- Bei 900g Schaum für den Rumpf ist die Mögliche Gewichtsersparnis durch Waben kaum spürbar (450g Waben + zusätzliches Harz durch 2. Laminiervorgang)
- Schaum hat durchaus Vorteile bei der Schlagfestigkeit und der akustischen Dämpfung
- Durch den 2. Laminiervorgang müssen neben den Kosten für das Wabenmaterial auch doppelt so viel Abreißgewebe, Breather, Folie und Klebeband kalkuliert werden – damit schnellen die Kosten schon deutlich nach oben.
– Wirklich sinnvoll ist bei Wabe m.E. nur der Einsatz von Prepregs, anders ist es kaum möglich, die richtigen Harz/Gewebe-Verhältnisse zu erzielen. Bei Prepregs ist aber wiederum ein glattes, blasenfreies Außenlaminat ohne separates Vorlaminieren kaum denkbar.
- im Schadensfall ist ein Wabenlaminat wesentlich schwieriger zu reparieren.

Ich denke, Nomex lohnt sich in diesem Fall kaum (obwohl es von einigen Herstellern als High-End Variante angeboten wird ), lasse mich aber natürlich gerne vom Gegenteil überzeugen