Selbstbau Kajak

[Heimfried]

Zitat von RexDanni

[...]
Wie rechnet man eigentlich die Tragfähigkeit aus?
Bzw. welcher Teil vom Kajak zählt dazu?

Hallo Jörg
im Plan des Bootsdesigners gibt es eine Konstruktionswasserlinie (KWL), auch Designwasserlinie genannt. Das ist, wie man sich denken kann, die Linie, an der die Wasseroberfläche die Rumpfhaut des zukünftigen Bootes trifft (die Wasseroberfläche ist spiegelglatt und das Boot schwimmt aufrecht). Das eingetauchte Volumen ergibt den Auftrieb, 9,81 Newton pro dm³ Volumen, oder, physikalisch unkorrekt, aber etwas praktischer 1 kg pro Liter. Wenn du davon die Bootsmasse (meist Bootsgewicht genannt) abziehst, erhältst du die Nutzlast (Tragfähigkeit).

Der jetzt von dir blau gezeichnete Teil der Rumpfhaut ist ja oben nicht eben, das unterscheidet deine Farbtrennlinie von einer Wasserlinie. Es könnte natürlich sein, dass der Wert letztlich nicht so unähnlich herauskommt. Das hängt aber davon ab, wieviel Freibord du brauchst. Das ist der Höhenunterschied zwischen dem tiefsten Punkt der Bordwand (bzw. Süllrand, also da, wo Wasser zuerst hereinlaufen würde, wenn man das Boot immer tiefer ins Wasser drückt) und der KWL.

[RexDanni]

Ahh - Danke das du Licht ins Dunkle bringst!
Das hab ich jetzt verstanden.
Also geh ich jetzt mal auf die Suche nach der KWL bei der MillCreek.

Wie bestimmt denn ein Bootsdesigner die KWL?

[Heimfried]

Zitat von RexDanni

[...]
Wie bestimmt denn ein Bootsdesigner die KWL?

Ich vermute, mit Erfahrungswissen, aber ich bin kein Bootsdesigner und kann daher nur ein bisschen zum Umfeld sagen.
Wie fast alles im Bootsbau kommt es vom Schiffsbau her und es geht um Sicherheit. Schiffe müssen ja von Klassifikationsgesellschaften (z. B. Germanischer Lloyd, heute DNV GL) zertifiziert werden und die haben umfangreiche Vorschriften, die auch festlegen, welchen minimalen Freibord Schiffe haben müssen. Außen am Rumpf müssen auf Grund internationaler Vereinbarungen auch Lademarken fest angebracht sein, die sozusagen die Wasserlinie markieren. (Den Ursprung legte um 1870 wohl Samuel Plimsoll, der nun gar kein Schiffskonstrukteur war. Das ist nicht uninteressant: https://de.wikipedia.org/wiki/Samuel_Plimsoll )

Beim Bootsbau gibt es ja keine solch strengen Vorschriften, aber absaufen will man ja trotzdem nicht. Ein Boot liegt ja auch nun wirklich nicht immer aufrecht im Wasser und die Wasseroberfläche ist ja oft weit bewegter, als die gedachte glatte Oberfläche als Bezugsebene.

Ich habe eine Reihe von Konstruktionszeichnungen von Kajütmotorbooten und die haben natürlich alle eine KWL. Ich denke, das wird auch bei Kajaks so sein, kann mich aber täuschen.

[Heimfried]

Ich weiß nicht, ob dich das interessiert oder ob es dir hilft: aber wenn du zwar spielerisch, jedoch mit korrekten Daten, mit deinem Rumpfentwurf hydrostatisch "kippeln" möchtest, kannst du mir eine csv-Datei senden, die du vielleicht aus deiner CAD-Daten leicht errechnen kannst.

Da siehst du auch die Verdrängung und kannst zuladen und leichtern, Ladungsteile und Crew "verschieben". Ein Beispiel siehst du im Link unten.

[RexDanni]

Das hört sich sehr interessant an!
Was für Koordinaten benötigst Du genau?

[Heimfried]

Zitat von RexDanni

[...]
Was für Koordinaten benötigst Du genau?

Es sind 2 Dateien nötig. Die eine beschreibt die untere Rumpfhälfte bis zur Außenkante, die andere das Deck, also den oberen Teil des Rumpfes. Die Decksdatei kann auch darin bestehen, dass für jedes x der z-Wert der Außenkante/Bordwand als Konstante nach innen "gezogen" wird bis y=0. Wenn man realistische Werte haben will, sollte man aber den Teil des real existierenden Decks mit richtigen Werten versehen, und nur die Öffnungen mit Konstanten deckeln, in dem man z. B. den z-Wert des Süllrandes für alle y kopiert.

Die Dateien stellen jeweils nur eine Rumpfhälfte dar, da eine Spiegelebene vorausgesetzt wird. Die Daten gehören zu einem (rechtwinkligen) kartesischen Koordinatensystem; der Ursprung liegt senkrecht unter dem äußersten Punkt des Hecks, in der Baseplane z=0, die parallel zur Wasserlinie liegt und so tief, dass der tiefste Punkt des Rumpfes die Höhe z=0 hat.
Skizze ist hier:
https://www.boote-forum.de/showthrea...4&#post3749254

Die Länge des Bootes (x) wird in der Datei (alle Maße positiv in mm) in 375 gleiche Intervalle geteilt, die Breite (y) in 125. Jedes Wertepaar innerhalb des Bootsumrisses (Parallelprojektion in z-Richtung) verkörpert also einen Punkt am Rumpf. In das betreffende Feld wird der z-Wert eingetragen, also die Höhe dieses Punktes über der Baseplane in mm.

Unten ist eine Datei gezeigt, wie sie von Excel dargestellt wird. Bild 1: In Zeile 1 stehen die y-Koordinaten, in Spalte A die x-Kooordinaten. In Feld B2 steht der z-Wert für x=0, y=0, also die Höhe der Heckspitze über der Baseplane.
Bild 2: hier ist die Außenkante des Heckspiegels "sichtbar". Das Feld CG2 enthält noch einen z-Wert, das Feld CH2 ist leer, daran erkennt das Programm, dass für dieses x (=0) die Außenkante erreicht ist. Für x=14,6.. liegt sie ein Feld weiter draußen (CH3).
Bild 3: Hier ist die Bugspitze sichtbar. Die Werte in Zeile 378 sind keine Rumpfkoordinaten, sondern Darstellungsparameter, die muss ich dann setzen.

[blondini]

Hi!

Von dieser Art des Streckens rate ich ab. Das verschiebt den Auftriebsschwerpunkt und kann Probleme verursachen.

Der Gewichtsschwerpunkt des Paddlers ist kurz vor der Sitzkante. Wenn ich jetzt bloß das Gebiet strecke, in dem die Paddler sitzen, kann es sein, dass Auftriebsschwerpunkt und Gewichtsschwerpunkt ihre Lage verändern und das Boot hier hecklastig werden könnte.

[RexDanni]

Zitat von blondini

Hi!

Von dieser Art des Streckens rate ich ab. Das verschiebt den Auftriebsschwerpunkt und kann Probleme verursachen.

Der Gewichtsschwerpunkt des Paddlers ist kurz vor der Sitzkante. Wenn ich jetzt bloß das Gebiet strecke, in dem die Paddler sitzen, kann es sein, dass Auftriebsschwerpunkt und Gewichtsschwerpunkt ihre Lage verändern und das Boot hier hecklastig werden könnte.

Hmm - also ich habe ja im Prinzip das Kajak an der breitesten Stelle "durchtrennt" und dann einen 340mm Stück eingesetzt.
Dadurch wird ja eigentlich die bisherige Mitte um 170mm nach hinten geschoben.

Schau Dir mal dies Skizze an die ich dazu gemacht habe.

[RexDanni]

Zitat von Heimfried

Es sind 2 Dateien nötig. Die eine beschreibt die untere Rumpfhälfte bis zur Außenkante, die andere das Deck, also den oberen Teil des Rumpfes. ..........

Hallo Günter,

ich kann zwar in meinem CAD Koordinaten als CSV exportieren, aber leider nicht die Anzahl der Punkte frei definieren.

D.h. in meinem Fall, wenn ich die Aussenkontur der Draufsicht auswähle,
wird dies mit nur 17 Koordinaten beschrieben wenn ich den orginal Spline Messe.
Wandle ich den Spline in eine Polylinie um, sind es 1200 Punkte.

Ich müsste das also dann mit der Hand in der CSV Datei editieren/reduzieren, sehr viel Aufwand....

[Heimfried]

Was ich vor gut 2 Jahren geschafft, aber seither nicht mehr angewendet habe, war die weitgehend automatische Erzeugung der nötigen Rumpfdatei aus einer STL-Datei mittels VBA-Excel.

Mio hatte sein Bötchen in Freeship modelliert und mir die .fbm Datei gesandt. Ich habe, nach einem Zwischenschritt in Blender, daraus eine STL-Datei erstellt. Ich vermute, das kann dein CAD-System auch.

Ich weiß nur nicht mehr, ob ich mit meiner Excel-Mappe von damals noch zurechtkomme, ohne mich darin umfangreich vertiefen zu müssen. Aber wenn du mir eine STL-Datei schickst, kann ich versuchen, ob ich eine taugliche Rumpfdatei herausbekomme (genauer: zwei). Die Außenkontur ergibt sich übrigens dabei von allein durch die Lage der Facetten.

(Dann kannst du übrigens den Auftriebsschwerpunkt und seine Koordinaten sehen.)

[RexDanni]

Also das Unterteil und die Oberseite als Volumen in STL ist kein Problem

[Heimfried]

Ja, dann schick die mal, meine E-Mail-Adresse habe ich dir grad per PN gesendet.
Edit: gerade habe ich gesehen, dass die schon da sind.

[RexDanni]

Das ist ja cool!
Ein VBA Skript zum Koordinaten auslesen aus STL.
Also echt RESPEKT!

Ich hab die beiden Dateien an Deine E-Mail Adresse .....@bootsphysik.de geschickt.
Ist das OK?

[RexDanni]

Ah sorry habs zu spät gelesen.
Ich habs jetzt an die Mailadresse aus der PM geschickt...

[blondini]

Zitat von RexDanni

Hmm - also ich habe ja im Prinzip das Kajak an der breitesten Stelle "durchtrennt" und dann einen 340mm Stück eingesetzt.
Dadurch wird ja eigentlich die bisherige Mitte um 170mm nach hinten geschoben.

Schau Dir mal dies Skizze an die ich dazu gemacht habe.

Hi!

Ich sage nicht, dass es nicht funktioniert, was Du vorhast. Mach Dir nur Gedanken darüber, ob der Gewichtsschwerpunkt (bzw. der gemeinsame Gewichtsschwerpunkt) der beiden Paddler verschoben wird, wenn Du in der Mitte einfach ein Stück einbaust. Zur Not musst Du mit der Position der Sitze etwas experimentieren.

Ich habe in meinem Millcreek feste Schotten eingebaut und einen Plastikschraubverschluss von innen angebracht. Von oben ist zwar einfacher, aber diese Dinger sind nie 100% dicht, was bei einem Verschluss von innen eine kleinere Rolle spielt.
Was ich nur sagen will, falls Du auch feste Schotten einbauen willst, dann plane ggf. etwas Toleranz ein beim vorderen Schott, falls Du den vorderen Sitz weiter nach vorne verlegen willst.

Das sind alles nur meine Ideen, was mir in den Kopf kommt.

[Heimfried]

Zitat von RexDanni

[...]
Ein VBA Skript zum Koordinaten auslesen aus STL.
Also echt RESPEKT!
[...]

Das meiste war Fleißarbeit, hohe Konzentration, jonglieren mit vielen Zähl-Indices und viel Debugging. Aber es gab auch unerwartete Herausforderungen. Ich hätte erwartet, dass man allein auf Grund der x, y-Koordinaten der drei Eckpunkte einer Facette (Dreieck) rein numerisch hätte entscheiden können, ob ein Rasterpunkt mit seinen x,y-Koordinaten innerhalb der projizierten Fläche liegt oder nicht. Das ist aber nicht so, da das Facettennetz auch stark "verzerrte" Dreiecke enthält. Da war ein Ausflug in die "Analytische Geometrie der Ebene" nötig, um die Geraden der Dreiecksseiten in einer bestimmten Form darzustellen und damit den Abstand des Punktes zur Geraden ermitteln zu können. Der Abstand selbst ist unwichtig, aber sein Vorzeichen liefert ein Drittel dess entscheidenden Kriteriums. Das war dann nicht mehr elementar.

[RexDanni]

Zitat von Heimfried

Das meiste war Fleißarbeit, .......

Also ehrlich das ist echt Respektabel das Du das hinbekommen hast - wow.

Was mir nicht ganz klar ist, wie Du das gemacht hast.
So wie ich das verstanden habe, teilst Du den Rumpf ja in 378 Teile, wie bekommst Du das denn hin wenn in einem der Teilbereiche nicht genügend
Konten der Dreiecksflächen liegen um die Form genau genug über Koordinaten zu definieren? Oder benutzt Du dann ein Glättungsverfahren?

[RexDanni]

Zitat von blondini

Hi!

Ich sage nicht, dass es nicht funktioniert, was Du vorhast. Mach Dir nur Gedanken darüber, ob der Gewichtsschwerpunkt (bzw. der gemeinsame Gewichtsschwerpunkt) der beiden Paddler verschoben wird, wenn Du in der Mitte einfach ein Stück einbaust. Zur Not musst Du mit der Position der Sitze etwas experimentieren.

Ich sehe da im Moment noch nicht wirklich ein Problem, mit der Gewichtsverteilung. Ich hab nochmal ein Bild zur Streckung angehängt, diesmal die beiden Draufsichten übereinander. Eigentlich hat sich so zum Original nicht viel geändert, sollte also passen.
Aber wir werden ja sehen, ich bin ja ca. 15 kg schwerer als mein Sohn,
dann müssen wir halt schauen wer wo am besten sitzt.

Zitat von blondini

Ich habe in meinem Millcreek feste Schotten eingebaut und einen Plastikschraubverschluss von innen angebracht. Von oben ist zwar einfacher, aber diese Dinger sind nie 100% dicht, was bei einem Verschluss von innen eine kleinere Rolle spielt.
Was ich nur sagen will, falls Du auch feste Schotten einbauen willst, dann plane ggf. etwas Toleranz ein beim vorderen Schott, falls Du den vorderen Sitz weiter nach vorne verlegen willst.

Das sind alles nur meine Ideen, was mir in den Kopf kommt.

Das sind sehr gute Tipps !
Ich hab auf jedenfall vor, feste Schotten einzubauen.
Das mit dem Abdichten der Deckeln muss ich mir noch überlegen, evtl. werde ich Schnellverschlüsse statt Gurte verwenden und natürlich eine vernünftige Dichtung ( https://www.fastener.de/de/schnellverschluesse.html )

Aber mal sehen was kommt

[Heimfried]

Zitat von RexDanni

[...]
So wie ich das verstanden habe, teilst Du den Rumpf ja in 378 Teile, wie bekommst Du das denn hin wenn in einem der Teilbereiche nicht genügend
Konten der Dreiecksflächen liegen um die Form genau genug über Koordinaten zu definieren? Oder benutzt Du dann ein Glättungsverfahren?

Die STL-Datei sollte schon eine hohe Facettendichte aufweisen, denn innerhalb der jeweiligen Facette benutze ich lineare Interpolation, unterstelle also eine ebene Dreiecksfläche. Die sich dadurch ergebende Abweichung dürfte jedoch vernachlässigbar sein. Der Rumpf wird (bei maximaler Ausfüllung der Matrix durch einen kastenförmigen Rumpf) in mehr als
93.000 "Stäbchen" geteilt, bei deiner Bootsform werden es 50.000 bis 60.000 sein, bei 850 mm Breite wäre die Grundfläche eines Stäbchens 14,4 mm * 3,4 mm = 49 mm². Bei der Abstraktion muss das Programm entscheiden, ob ein durch die Matrixposition gegebenes Stäbchen noch innerhalb des Umrisses liegt, oder nicht. In der x-y-Ebene gibt es keine Bruchteile von Stäbchen, während in der z-Richtung natürlich die unterschiedliche Länge der existierenden Stäbchen genau ausgewertet wird.

[RexDanni]

Ahh - durch die genaue Auswertung in Z-Richtung wird das freilich genau genug.
Sehr gut gelöst.

Ich hab Dir heute nochmal die beiden STL-Files geschickt, das Problem war das die ersten beiden im Binärcode gespeichert wurden, deshalb der Kauderwelsch.
Im ASCII Code siehts im Editor aus wie in deinem Beispiel - man lernt nie aus

[Heimfried]

Ja, eine Änderung wäre nützlich (Rumpf anders im Raum positionieren).
Die Lage des Bootes zum Koordinatensystem hatte ich ja weiter oben beschrieben, es liegt über der Ebene z=0, es dürfen also (außer in den Richtungs-Einheitsvektoren der Facetten) keine negativen z-Werte auftreten. Der niedrigste z-Wert sollte null sein, kann aber auch ein bisschen darüber liegen. Das gleiche gilt für die x-Werte. (Nur dass da ein kleinster x-Wert nennenswert größer als Null zu unnützem Rechenaufwand bei der Gleichgewichtssuche führt. Web-Anwendungen sind zeitkritisch, bei meinem Server/Browser wird abgebrochen, wenn die Web-Site nicht binnen 30 Sekunden das Darzustellende liefert, also die Berechnung von Abermillionen Schritten erledigt sind.) Bei den y-Koordinaten ist das naturgemäß anders, weil deren 0-Wert in der Spiegelebene des Bootes liegt. Wenn also der ganze Rumpf exportiert wird, müssen sowohl positive als auch negative Werte auftreten.

Die Trennung in Ober- und Unterteil ist nicht 100%ig, denn in der Datei "Unterteil" zeigt der Richtungs-Einheitsvektor bei der ersten Facette eine positive z-Komponente.

Es ist aber gar nicht nötig (Unvorhergesehenes mal vorbehalten), Ober- und Unterteil zu trennen. Weil mein Umsetzungstool sowieso überwacht, ob eine Facette nach unten "blickt". Schick mir also einfach eine ganze Rumpfdatei, dann sehen wir weiter.

[RexDanni]

Hi,
hat jetzt etwas gedauert, musste die Querschnitte neu zeichnen, da ich in zwei Teilen Konstruiert hatte.
Der Rumpf ist jetzt so ausgerichtet, wie in Deiner Skizze beschrieben.
Also YXZ 0 ist jetzt am Heck am tiefsten Punkt.
Hoffe jetzt gehts

[blondini]

Das sind sehr gute Tipps !
Ich hab auf jedenfall vor, feste Schotten einzubauen.
Das mit dem Abdichten der Deckeln muss ich mir noch überlegen, evtl. werde ich Schnellverschlüsse statt Gurte verwenden und natürlich eine vernünftige Dichtung ( https://www.fastener.de/de/schnellverschluesse.html )

Aber mal sehen was kommt

Hi!

Zu den Lukendeckeln. Wähle eine Möglichkeit, die 100%ig dicht ist. Dieses 100%ig bedeutet, dass trotzdem noch Tropfen durchkommen können. Diese Tropfen vermeidet man, wenn man den Zugriff von innen macht.

Dichtigkeit ist aber wichtig, weil im Falle einer Kenterung der Auftrieb durch die luftdichten Stauräume der entscheidende Sicherheitsfaktor ist.

[Heimfried]

Zitat von RexDanni

[...] musste die Querschnitte neu zeichnen, da ich in zwei Teilen Konstruiert hatte.
[...]

Das ahnte ich nicht. Ich dachte, du hättest nur den Datenexport aufgeteilt, weil ich schrieb, dass ich je eine Datei für "oben" und "unten" brauche.

Das sieht aber jetzt ganz gut aus.
Mein Problem ist jedoch, dass ich mich durch mein eigenes Tool "durchfressen" muss. Die Bearbeitung der Daten besteht aus etwa sechs, sieben Prozeduren, die ich nacheinander aufrufe; vorhanden sind aber etwa zwei Dutzend Prozeduren, weil ich so etliche davon während der Entwicklung verändert habe, zum Beispiel, um günstigere Wege zu suchen, oder weil das besser zu anderen Rohdaten passte. Da die alten Versionen der Prozeduren aber nicht falsch oder wertlos waren, habe ich die nicht gelöscht. Während der Arbeit damals habe ich natürlich gewusst, welche Prozeduren ich jeweils auswähle und welche gerade belanglos sind.
Mal schauen, ob ich den roten Faden wiederfinde.

[Heimfried]

Meine Versuche bisher waren nicht von Erfolg gekrönt. Mein Tool bietet mir noch Schwierigkeiten, aber auch deine Datei hat mich mehrfach stutzig gemacht. Heute habe ich sie mal in Blender angesehen, nachdem ich die Maßzahlen in der STL auf Meter heruntergesetzt hatte. (Das wird man wohl in Blender selbst einfacher machen können, aber ich kann nicht mit Blender umgehen.)

Ergebnis war, dass die STL ein Facettenmuster enthält, das im Bootsbereich mindestens untypisch ist. Spiegelsymmetrie des Rumpfes ist gemeinhin hier die Ausgangslage. Dazu gehört eine Kiellinie (egal, ob der Kiel eine Kante bildet. oder, wie offensichtlich bei dir eine Art Plattboden vorliegt). Auch die Aufteilung der Seitenplanken in Facetten ist in deiner Datei stark asymmetrisch.

Das Bild zeigt den Blick von unten auf den Boden.

Vielleicht kommen wir zum Ziel, wenn ich versuche, deine Kantenlinien zu verarbeiten.