Konzeptüberlegung: Microyacht mit viel Platz

[bei.beckers]

Hi Leute,

ich baue gerade an meiner 3,63m- Scamp. Für meine Bedürfnisse hoffentlich eine gute Wahl. Allgemein oder aber für "später" geistert mir die Idee einer kleinen großen Selbstbauyacht im Kopf herum. Sie soll folgende Ausstattung haben:

- ca. 5-6m lang, 2-2,2m breit sein und auf dem Trailer max. 600kg wiegen.
- 2 bequeme Kojen, Sitzhöhe, 1 Porta potti, 1 einfachste Pantry haben.
- im küstennahen Bereich noch fahrbar

Ich habe gefühlte 1000 Desings studiert von Bolger, Fischer, Welsford, ...
Es gibt also 2 grundlegende Herangehensweisen: die einen Boote haben Ballastkiele (Bild oben rechts) und sind damit meist zu schwer oder aber Schwerter (oben links) und sind damit kenteranfälliger, ggf. etwas gemindert durch Wasserballasttanks.

Letzterer Ansatz beschäftigt mich: Wie wäre es, unter einem Rumpf einen ca. 50cm breiten und 25 cm hohen Kiel zu setzen, der ca. 200kg Wasser fasst. Das Ding müsste natürlich eine hübsche Stromlinienform haben und zum Ruder hin schmal auslaufen. Zum Trailern kann das Ding dann seinen Ballast ablassen. Klar, auch schweres Wasser ist weniger dicht als Blei , aber wenn sich das Boot neigt, hat man doch viel Masse und etwas Hebel. Das gibt keine atlantikfeste Yacht, aber es sollte stabiler sein als ein Schwertboot.

Gibt es solche Ansätze schon? Wo ist mein Denkfehler (die Idee ist sicher alt und wurde aus gutem Grund verworfen)?

Also Männer, ich bitte um Eure Meinung...

lg Martin

[mihu]

Nur mal als Denksport: Wie groß ist denn der Auftrieb von Wasser in Wasser?
LG Michael

[Federball]

...zur Überschrift fiel mir spontan die Quidditch Weltmeisterschaft ein => wo der Vater von Ron son kleines Hauszelt aufbaut, + dieses bietet innen trotzdem viel Platz

Wir reden von einem Segelboot? - so wie die Dehlyas? die von den Dehler 22 + 25 ersetz wurden? Es hat funktioniert. + 200kg Wasser wiegen exakt so viel wie 200kg Blei - also ran.
Grüße, Reinhard

...es geht nicht um Auftrieb, sondern um Hebel

[martin1302]

Zitat von mihu

Nur mal als Denksport: Wie groß ist denn der Auftrieb von Wasser in Wasser?
LG Michael

Es hilft zumindest, dass sich das Boot wieder selber aufrichtet. Und wie oben gesagt, es kommt auf den Hebel an.

Und hier noch zwei Vorschläge:
http://bandbyachtdesigns.com/cs17mk3/
http://bandbyachtdesigns.com/20mk3/

[Heimfried]

Zitat von Federball

[...]
+ 200kg Wasser wiegen exakt so viel wie 200kg Blei - also ran. [...]

Bis zu einem Krängungswinkel von etwa 45° wäre dieser Wasserballastkiel vollständig eingetaucht. Das heißt, er "wiegt" 0 kg, während der Bleikiel immerhin noch 182 kg "wiegen" würde.

Zitat von Federball

[...]
...es geht nicht um Auftrieb, sondern um Hebel [...]

Doch, es geht auch um Auftrieb, s. o.
Der Hebel ist natürlich auch wichtig, aber die Kraft, die am Hebel wirkt, wird erst dann größer als Null, wenn das Austauchen des Kiels beginnt. Erst, wenn er ganz ausgetaucht ist, wirken die 200 kg.

Edit: das hier Gesagte ist zwar nicht falsch, aber insgesamt zu kurz gesprungen, siehe Beitrag #14

[hheck]

Das kommt davon, wenn man im Physikunterricht immer auf die Mädelseite schaut!

Gruß
Helle
M.Y.Franziska

[martin1302]

Hier die Theorie dazu:
http://www.swallowyachtsassociation.org/?page_id=1183
Ein extra angebauter und mit Wasser gefüllter Kiel oder Kielkasten bringt nichts. Wasserbalast am Boden des eigentlich Schiffrumpfes, anstelle von Luft, setzt das Boot tiefer und verändert damit die Hebelverhältnisse.

[baffe]

Hallo!

Das mit dem Wasserballast ist hinreichend erörtert da braucht es meinen Senf nicht auch noch.

Eine Alternative wäre vielleicht Sand, den gibt es an vielen Ufern/Küsten/Gewässern kostenlos und man muß den nicht mit transportieren. Hängt natürlich davon ab wo Du Dein Boot nutzen willst.

Was das Boot betrifft so wollte ich das Gleiche wie Du haben.

Dann hab ich mir überlegt, daß ich eigentlich nicht "Boot bauen" sondern "Boot fahren" will und mir ein Segelboot gekauft. Passt. Die Zeit die ich zum Bauen gebraucht hätte war ich diesen Sommer schon unterwegs.

Ich denke jeder kleinere Daysailer erfüllt halbwegs Deine Anforderungen und viele mit Klappkiel sind auch slipbar.

Klappkiel weg, Sand rein/raus/rein/raus/rein/raus ...

Gruß, der Stefan

[bei.beckers]

Dank Euch Allen!

Nun, dass mancher über das Gewicht von Wasser in Wasser lacht, ohne das Prinzip selbst begriffen zu haben, macht ja nix.

Das mit dem Zelt von Harry Potter fand ich auch cool, is auf ebay aber aus zur Zeit

Guter Tipp mit den Dehlyas, kannte ich noch nicht (auch wenn sie zu groß für mich sind). Die Core Sound 17 Mk III ist ein interessanter Entwurf (kenn' ich schon länger, war quasi der Startpunkt meiner Gedanken): Die Frage ist, ob man es innen noch größer kriegt, ohne eine "Gurke" zu bauen.

Wasser ist besser als Sand, den bekommt man zu schlecht gehandhabt- und an unseren Binnenseen gibt's Streß wenn ich mak eben den Sandkasten leerschaufle

Fassen wir also mal zusammen was wir haben:

Wasserballast

- sorgt für mehr Masseträgheit und dämpft so (gut!), reduziert aber auch das Ansprechverhalten. Für ein Reiseboot egal.

-hat seine Wikrkung primär durch die verbesserte Formstabilität und bekommt bei größeren Krängungswinkeln zusätzlich Hebelkräfte.

- vergrößert die Verdrängung, d.h. es gibt einen Malus für eine größere benetzte Oberfläche. Eindeutig schlecht, bei Blei aber auch nicht anders. Andrerseits (viele Scamp- Skipper machen das so) kann bei Leichtwind der Tank leer bleiben.

- Das Volumen des Ballast ist erheblich größer, d.h. der Schwerpunkt wandert gegenüber Pb deutlich nach oben.

Die Entscheidende Frage wird sein: ist es mit Wasserballast möglich, ein Boot in der Größe eines Jollenkreuzers wieder aufzurichten (ggf. sogar ohne "Hängepartie" am Schwert (so es eines gäbe)? Das kann man ja mal rechnen. Anbei die Skizze zum Schätzen: könnte gehen, der Mast sollte nicht zu viel Moment bringen.

Habe ich noch was übersehen?


lg Martin

[hein mk]

Moin Martin
Dass Wasserballast funktioniert,befindet sich ja in einem geschlossenem "Behälter"möglichst weit unten im Boot/Schiff ohne zu Schwappen(auch wichtig),steht ausserfrage sonst hätten wir heute auch keine niedlichen Wollhandkrabben in unseren Flüssen.Das Problem ist das Volumen und/oder der Hebelarm an dem der Ballast wirken soll,zu mindest bei einer Fahrtenjacht die keine "unnützen Volumina"durch die gegend segelt hätte das sonst schon längst jemand umgesetzt.Als Teillösung,wo also ein vorhandener Feststoffballast sozusagen bis zur Selbstaufrichtung aufgestockt wird,wird das ja schon lange bei vielen Segebootsmodellen umgesetzt auch um trailerbarkeit herzustellen.
Im übrigen ist es so,dass man auch mit nahezu ballastlosen Segelfahrzeugen die aufmerksam und mit guter Seemanschaft gesegelt werden gut klarkommt.
Kentern oder auch durchkenntern kann ja jedes Wasserfahrzeug das sich auf der wasseroberfläche bewegt,die einwirkende Kraft muss nur entsprechend groß sein und da ist für kleinere Fahrzeuge die Grenze schneller erreicht als für größere.
Als Anmerkung noch:Ein Mast,u.U.noch ausgeschäumt oder mit Durchkenterschutzblase im Top,bringt sein größeres Moment durch wasser in den Segeln,die muss man nach einer Kenterung erst mal so weit auffieren,dass das Wasser ablaufen kann.
gruss hein

[Pusteblume]

Ausgehend von der Grundfrage, was spricht denn gegen herausnehmbaren Innenballast, Blei oder Stahl in handlichen 20-kg-Barren?

[baffe]

Servus Martin!

Ballast: Kannst Du das Gewicht nicht transportieren (also musst) oder willst Du das mit Wasser lösen (kannst Du Wasserbalast nehmen).

Es ist schon eine smarte Lösung wenn man mit dem Boot ohne Ballast unterwegs ist und rundum in potenziellem Ballast schwimmt. Die Möglichkeit jederzeit und stufenlos Ballast zu fassen oder abzulassen hat was!

Es muß andererseits auch nicht Blei sein. Vierkantstahl (z.B. mit 60 oder 80mm Seitenlänge) gibt ganz schön aus gewichtsmäßig. Ist halt keine Baumarktware aber im Stahlhandel als 6m Stangen zu haben. Auch als Zuschnitt auf "Barren". In meinem Boot war Messing eingelagert $$$ !

Daumendrücke für den Bootsbau. Das wird, ich habe mit dem Sperrholzboot eine wasserdichte Holzschüssel hinbekommen die schwimmt und dicht ist. Und ich bin wahrlich kein begnadeter Schreiner!

Gruß, der Stefan

[Gebhard]

Ich hatte mal eine Jaguar 22 mit schwenkbarem Ballastkiel. Das Boot war super steif und konnte wirklich sportlich gesegelt werden. Der - denkbare - Nachteil : Im Falle des Durchkenterns wäre der Ballastkiel zurück in sein Gehäuse gefallen und seine Hebelwirkung hätte dementsprechend nachgelassen. -- Als Alternativboot hätte ich mich damals für eine Etap 22 entschieden. Die hatte ebenfalls einen Ballastkiel, aber der wurde nicht an einem Seil nach unten gelassen/gekurbelt, sondern mittels einer Gewindestange / Spindel. Damit konnte das Ballastschwert im Falle des Kenterns nicht unbeabsichtigt in sein Gehäuse zurückfallen.

[Heimfried]

Zitat von martin1302

Hier die Theorie dazu:
http://www.swallowyachtsassociation.org/?page_id=1183
Ein extra angebauter und mit Wasser gefüllter Kiel oder Kielkasten bringt nichts. Wasserbalast am Boden des eigentlich Schiffrumpfes, anstelle von Luft, setzt das Boot tiefer und verändert damit die Hebelverhältnisse.

Danke für den Link, Martin. Der Artikel hat mich darauf gestoßen, dass auch beim gleichem Hebelarm GZ das aufrichtende Moment mit Wasserballast größer ist, weil das Moment das Produkt aus Verdrängung und Hebel ist.

[Heimfried]

Zitat von baffe

[...] Die Möglichkeit jederzeit und stufenlos Ballast zu fassen oder abzulassen hat was!
[...]

Das "stufenlos" ist potentiell problematisch. Nur ein voller oder leerer Ballasttank verhält sich hydrostatisch gut kalkulierbar. Der skizzierte Tank ist ja breiter als hoch, hätte also bei Teilbefüllung eine relativ hohe freie Oberfläche.

Bei einem teilgefüllten Tank verschiebt sich der Teil-Gewichtsschwerpunkt des Ballastwassers mit dem Krängungswinkel und damit in gewissem Umfang auch der Gesamt-Gewichtsschwerpunkt des Bootes. Um das zu vermeiden, müsste man durch Querschotten Kammern bilden, die sich einzeln befüllen und entleeren lassen. Das ist dann doch recht aufwendig.

[Giligan]

Zitat von Pusteblume

Ausgehend von der Grundfrage, was spricht denn gegen herausnehmbaren Innenballast, Blei oder Stahl in handlichen 20-kg-Barren?

Ich trage vor jedem Urlaub handliche 10Kg Säckchen (je zwei bei einem Gang) vom Keller ins Auto und am Urlaubsort vom Auto in den Hohlkiel des Bootes. Nach dem Urlaub die ganze Sache anders herum.

Ich würde dir, aus meiner Erfahrung heraus, (ich bin 1,86m und wiege deutlich über 100Kg, neben etwas Bauchspeck sind da bestimmt auch einige Muskelpartien bei) raten mal 10 Barren aus einem Keller heraus dann je 20m zu schleppen. Die Entfernung Auto - Boot am Urlaubsort ist allerdings oft etwas größer.

Danach reden wir nochmal über handliche 20Kg Barren.

[baffe]

...man könnte auch eine Anzahl von Kunststoffkanistern in einer Reihe in der Mitte der Bilge einbauen die dann jeweils vollständig gefüllt oder geleert werden.

Damit könnte man auch die Gewichtsverteilung in Längsrichtung (bei meinem Boot ab Werk besch... Hecklastigkeit) beeinflussen.

Gruß, der Stefan, der hier viel lernt

[Giligan]

In meinen Hohlkiel passen ca. 100L Wasser aber etwa 400Kg Eisen und Blei*.
Da der Kiel etwa 120-130L verdrängt, sind Eisen und/oder Blei der passendere Ballast.
* Eisenkugeln und Blei in kleinen Säcken.

[bei.beckers]

Zitat von Pusteblume

Ausgehend von der Grundfrage, was spricht denn gegen herausnehmbaren Innenballast, Blei oder Stahl in handlichen 20-kg-Barren?

Nun, es scheitert daran, dass ein "Golf" (ein normales Auto halt) weder beliebig viel ziehen NOCH tragen darf...

Das gilt auch für alle "mitzuführenden" Ballastarten, sei es Gold, Messing, , Blei, Stahl oder Sand - damit scheiden auch Schwenkkiele wie bei der Jaguar im Prinzip aus, die lösen sich nach dem Aufholen leider nicht in Luft auf und behindern nebenbei die Kabine).

[bei.beckers]

Hi,

etwas weiter gerechnet, komme ich allmählich dahinter, warum sich der Wasserballast nur als Zusatzmaßnahme auf diversen Kleinbooten bewährt hat: Um das hydrodynamisch vertretbar in einen Rumpf unterzukriegen müsste man vermutlich zu viel Bauhöhe opfern- was meinem Ansinnen ja zuwiederläuft. Vielleicht ist der Königsweg tatsächlich der von Thomasson gezeichnete mit außermittigem Schwert:


Da bleibt innen Platz für den Kartentisch oder die Pantry, in der Mitte ist "freie Fahrt" für die Besatzung.

[baffe]

... sind jetzt also doch wieder andere Materialien im Gespräch?

Hier wurde viel auf dem Hebel rumgeritten. Ich greife jetzt mal Gilligan auf:

>In meinen Hohlkiel passen ca. 100L Wasser aber etwa 400Kg Eisen und Blei*.
Da der Kiel etwa 120-130L verdrängt, sind Eisen und/oder Blei der passendere Ballast.
* Eisenkugeln und Blei in kleinen Säcken.<

Ja, und wenn in seinem Hohlkiel nur 100kg Feststoff liegen, so liegen sie im Kiel ganz unten und haben einen erheblich längeren Hebel, zumindest solange das Boot nicht kieloben treibt.

Genauso könnte der von Martin aufgemalte Klappkiel ja ab Drehpunkt 1m lang, aber nur im unteren Drittel oder Viertel richtig schwer sein und oben aus GFK o.Ä.bestehen.

Im Festkiel liegt das Gewicht ja auch nicht obenauf sondern möglichst weit unten, im Falle der Bombe sogar ganz unten und außen.

[Heimfried]

Erste Berechnungen mit einem prismatischen Rumpf scheinen mir zu zeigen, dass der Ballastkiel den Hebelarm verkürzt. Damit hatte ich nicht gerechnet, aber wenn man die Ortskurven des CoB betrachtet, ist es nicht mehr so erstaunlich.

Ich prüfe mal die Werte und stelle sie dann hier zur Diskussion.

[Heimfried]

[alt: Bisher finde ich an meinem Rechenmodell, dass der wassergefüllte Boxkiel den Hebelarm so stark verkürzt, dass das aufrichtende Moment sogar trotz der größeren Masse kleiner ist, als beim gleichen Boot ohne Boxkiel.]

Nach Korrektur des Gewichtsschwerpunkts: der Hebelarm verkürzt sich, aber das aufrichtende Moment ist wegen der um 33% größeren Masse trotzdem größer als beim Boot ohne Boxkiel.

Nun bin ich ja gespannt, ob sich ein Fehler in meinem Modell ergibt, oder ob ein solcher Wasserballastkiel die anfängliche Querstabilität sogar verschlechtert.

Zum Modell: ich berechne ein geometrisches Prisma, das ist ein "Boots"-Körper, dessen Spantquerschnitt an jeder Stelle gleich ist. Der Trimm ist immer Null. Die Länge ist 6000 mm, die Breite 2000 mm, die Verdrängung des Bootes ohne Boxkiel 2500 kg, mit Boxkiel 3333 kg. Um die von Martin benutzten Relationen (600 kg Boot und 200 kg Ballast) aufzunehmen, ist die Masse des Boxkiels 833 kg, ein Drittel der Bootsmasse. Der Kiel ist so dimensioniert (h = 208,7 mm, b = 667 mm, l = 6000 mm), dass er einerseits ein Volumen von 833 dm³ hat, andererseits etwa ein Drittel der Bootsbreite einnimmt. Der Gewichtsschwerpunkt des Bootes ohne Kiel ist mit 900 mm gesetzt, der Schwerpunkt G des Bootes mit BK liegt bei 701 mm. Die Absenkung ergibt sich aus einer Momentenrechnung bei Berücksichtigung von Masse und Schwerpunktslage des Kiels.

[Heimfried]

Wer das probieren möchte:
http://www.bootsphysik.de/bootxpvarbox.php

(Diese Rechenseite ist nur vorübergehend eingerichtet.)

Oben rechts ist der Button "Spantformen wählen/ändern", klicken, bei den Grafiken in der zweiten Reihe links ist das Boot ohne Boxkiel, gleich daneben das mit dem BK. Klicken auf die Grafik öffnet die Berechnung für das Profil.

Der Button "Hebelarmkurve" muss mehrfach geklickt werden, aber immer erst die Antwort des Servers abwarten. Das gleiche gilt für den Button "Ortskurven M B", der unten zu sehen ist. Es werden dann die Grafiken für die Ortskurven des Auftriebsschwerpunktes errechnet (die metazentrische Evolute spielt hier keine Rolle); außerdem die Hebelarmkurve: hier ist wichtig, dass das System den Maßstab für den GZ-Wert selbständig wählt, was in diesem Fall dazu führt, dass er für beide Rümpfe unterschiedlich ausfällt. Der GZ-Wert für den Boxkiel bleibt unter 240 mm und wird so dargestellt, dass 240 mm die obere Diagrammgrenze bildet. Das Boot ohne Kiel überschreitet aber ein GZ von 240 mm, deshalb wird der Maßstab so verkleinert, dass die obere Grenze bei 360 mm liegt.

[Heimfried]

Jetzt die Hebelarmkurven.
Erst das Boot ohne Boxkiel: das Hebelarm-Maximum liegt bei 29° und beträgt 253 mm. Bei etwa 64° kentert das Boot.

Dann das Boot mit Boxkiel: hier liegt das GZ-Maximum bei 43° und das Boot kentert erst bei 80°, hat also einen erheblich größeren Stabilitätsumfang. Aber der maximale Hebelarm beträgt nur 204 mm. Hebelarm mal Verdrängung mal Erdbeschleunigung ergibt aufrichtendes Moment:
0,204 m * 3333kg * 9,81 m/s² = 6670 Nm

Für das Boot ohne Boxkiel:
0,253 m * 2500kg * 9,81 m/s² = 6205 Nm