Eher Wissens- als Denksportfrage: Zugfestigkeit von Edelstahl rostfrei - boote-forum.de

Heindaddel · #1 29.10.2007, 23:52

Ich habe ein Problem bei meiner Eigenkonstruktion nix"X"!, bei der ich hoffe, die Experten auf den Plan rufen zu können:

Ich überlege mir derzeit die Konstruktion meines Hubkiels, ein T-Kiel mit 1100kg-Bleibombe, 2,60 Tiefgang, liftbar auf 1,40m. Ich möchte gern das Kielblatt aus profiliertem Sperrholz anfertigen, das ich mit Aramid/Glas überlaminiere. Die Kielbombe werde ich selbst gießen; Gedanken macht mir im Wesentlichen die Aufhängung dieser Kielbombe. Ich dachte an zwei Edelstahl rostfrei Gewindestangen, die in der Bombe verschraubt durch das Sperrholz-Kielblatt bis oben an den Kielabschluß reichen und dort die Basis für die mechanische Lifteinrichtung bilden. Jetzt aber meine Kernfrage: wie stark muß ich die Gewindestangen wohl dimensionieren, damit sie das Bombengewicht (1100kg) halten? Ich danke für jeden Hinweis, der zur Aufklärung dieses Falls führt!

hartmut2801 · #2 30.10.2007, 00:03

moin,
weiß ich im moment auch nicht, aber es gibt mehr als eine sorte edelstahl

. da geht es also nicht ohne weitere spezifikation oder wie das auch immer heißen mag

.

bis denn

Heindaddel · #3 30.10.2007, 00:20

Zitat:

Zitat von hartmut2801

... es gibt mehr als eine sorte edelstahl

. da geht es also nicht ohne weitere spezifikation...

Nun denn, dann bitte ich die Experten um eine etwas spezifiziertere Aussage, will sagen, um Angabe, auf welche Sorte sich die gemachten Angaben beziehen. Mir ist es nämlich relativ wurscht, welchen Stahl ich einbaue, Hauptsache, er ist in idealer Weise geeignet und ich bekomme wirklich nutzbare Hilfe

.

naut · #4 30.10.2007, 00:33

Da wäre ja wahrscheinlich erstmal 1.4571 (umgangssprachlich V4A) das Material Deiner Wahl. 540-690N/mm² Zugfestigkeit laut ThyssenKrupp Nirosta. Ist also zumindestens nicht schlechter als Baustahl St52 (der ja nach seiner Zugfestigkeit 52kp/mm2 - entspricht 510 kN/mm² - benannt wurde). Und ja: Ich weiß, das der heute S355J2 heisst.
Viel Spaß beim Rechnen!

Gruß,
Ulrich

Liebertee · #5 30.10.2007, 07:10

Hmmm....in wieviel verschiedenen Qualitäten bekommt man eigentlich Niro-Gewindestangen und gibts die dann überhaupt in der bei dir nötigen Länge?
Ansonsten Rundmaterial der entsprechend notwendigen Sorte nehmen und vorn und hinten Gewinde draufgeschnitten.

Gruß Norbert

Cooky-Crew · #6 30.10.2007, 07:25

Zitat:

Zitat von Heindaddel

................
Jetzt aber meine Kernfrage: wie stark muß ich die Gewindestangen wohl dimensionieren, damit sie das Bombengewicht (1100kg) halten? Ich danke für jeden Hinweis, der zur Aufklärung dieses Falls führt!

Selber lesen macht schlau

Schau mal hier rein

http://www.konstruktionsatlas.de/ver...erkstoff.shtml

Da sind auch Berechnungsprogramme zu finden

Gruß
UWE

Bubi · #7 30.10.2007, 07:29

http://www.wuert.de/de/service/dino/...delemente.html

also mit gewinde draufschneiden,
so einfach geht es nicht
der link macht dich schlau

der uwe war wieder schneller

Heindaddel · #8 30.10.2007, 08:50

Sehr interessante Links; da werd ich mal Adam Riese bemühen ...
Apropos Bezugsquelle: gestern fand ich einen Hersteller im Web, der Gewindestangen in 5er-Packs abgibt; Länge drei Meter. Noch nicht optimal, aber die Bezugsquellen gibt es schon.

naut · #9 30.10.2007, 09:07

Ich denke, ich würde wahrscheinlich auch eher eine Ankerkostruktion aus Flachstahl der geeigneten Güte bauen. Aber mal was anderes: Wenn ich das richtig verstanden habe, planst Du, den einlaminierten/verglasten Kiel in der Bombe einzugießen? Geht so etwas? Ich meine: wird das dicht und bleibt die laminierte Schicht unbeschädigt?

Gruß,
Ulrich

TageDieb · #10 30.10.2007, 09:19

Ich würde keine Gewindestangen für dynamische Beanspruchungen verwenden.

Eine bessere Konstruktion wäre es meiner Meinung nach, wenn Du "normales" Rundmaterial als Zuganker verwendest und oben und unten Gewinde reinschneidest.

Gruß
Mario

naut · #11 30.10.2007, 09:34

Wie Kay schon richtig anmerkte, ist das mit dem Reinschneiden von Gewinden in 4571 oder 4401 bzw. 4404 nicht so ganz einfach. Geht natürlich, macht aber keinen Spaß.

Ich bin immer noch für Flachstahlanker+angebolzte Hebevorrichtung....

Gruß,
Ulrich

pitt4 · #12 30.10.2007, 09:37

Hallo Heindaddel,

schreib mir mal was du genau benötigts und welche Mengen.
Wir haben immer eine ordentliche Menge Edelstahl auf Lager.
Tabelle mit Zug und Scherkräften kann ich dir dann vorab zusenden.

Grüße

Peter

moskito · #13 30.10.2007, 10:10

Zitat:

Zitat von Heindaddel

Ich habe ein Problem bei meiner Eigenkonstruktion nix"X"!, bei der ich hoffe, die Experten auf den Plan rufen zu können:

Ich überlege mir derzeit die Konstruktion meines Hubkiels, ein T-Kiel mit 1100kg-Bleibombe, 2,60 Tiefgang, liftbar auf 1,40m. Ich möchte gern das Kielblatt aus profiliertem Sperrholz anfertigen, das ich mit Aramid/Glas überlaminiere. Die Kielbombe werde ich selbst gießen; Gedanken macht mir im Wesentlichen die Aufhängung dieser Kielbombe. Ich dachte an zwei Edelstahl rostfrei Gewindestangen, die in der Bombe verschraubt durch das Sperrholz-Kielblatt bis oben an den Kielabschluß reichen und dort die Basis für die mechanische Lifteinrichtung bilden.

Ich glaube, dass du mit dieser Lösung nicht glücklich wirst.
Da hängt eine Tonne unten auf ca. 2.30 m an zwei Bolzen, rechne doch mal, was für Biegekräfte auf diese Bolzen kommen, wenn Du 15 grd Lage schiebst. Die Konstruktion wird sich bei Rundmaterial total verbiegen und den Kiel zerdeppern

Wenn überhaupt, müsstest Du die Bombe an Niro TrägerProfile hängen die dann oben und unten verschraubt werden. oder ein Gitterrost für den Kiel vorsehen, so wie man es bei Ruder macht.
Übrigens, die Gewindebolzen gibt es ja für jede Kielkonstruktion, die werden ja auch verschraubt, aber selbst bei kleinen Kielen werden da schon 6-8 Bolzen verwendet.

Götz · #14 30.10.2007, 12:53

moin,

wie schon moskito sagt, mit nur 2 Bolzen bekommst Du sicher Probleme.

Bei meinem Soling (1 to) war der Kiel mit 9 Rundstangen
(2 Reihen je 4 + 1 achtern) fest. Gewinde M14 oben drauf.

Da hat der Kiel max 500 Kg.

mfG Götz

Heindaddel · #15 30.10.2007, 13:56

@Ulrich, moskito & Götz:
schaut mal die Fotos an (ich darf nicht sagen, wo ich die herhab). Da sehe ich zwei fette Löcher für Kontermuttern unten in der Bombe und oben ragen zwei Gewindestäbe (oder Stangen mit geschnittenem Gewinde) heraus. Kombiniere: hier wird die Bombe durch zwei durchgehende Stangen gehalten. Liege ich falsch? Zur Längssteifigkeit: Ich habe eigentlich keine Angst vor dem "Zerdeppern". die Gewindestangen gehen durch 10cm starkes profiliertes Marinesperrholz zig-fach verleimt AW100 als Kiel-Schaftmaterial. Außerdem kommt biaxiales und unidirektionales Aramid und/oder Kohlegelege als Deckschicht drauf auf das Sperrholz. Ich halte das für die steifere Lösung gegenüber Flachstählen und anderen Konstrukten. Liege ich hier auch falsch?

@Ulrich: ich habe mich wohl mißverständlich ausgedrückt: die Bombe wird klassisch in einer Betonform gegossen. Nach Entschalen und Verbinden mit dem Sperrholzschaft (über die Bolzen und Epoxidverbindung) will ich das ganze Konstrukt mit Faser-Verbundwerkstoff zum Schutze überziehen. Also eigentlich nix"X" aufregendes ...

@Peter: danke, ich melde mich gern demnächst.

Heindaddel · #16 30.10.2007, 14:23

... und übrigens wiegt die Bombe oben auch mehr als eine Tonne ...

ThomasM · #17 30.10.2007, 16:15

Hallo,

ich denke auch, dass dies Aufhängung nur an den 2 Stäben problematisch sein dürfte.
Dabei ist wahrscheinlich die Zugfestigkeit das geringste Problem und die Berechnung ist dabei sehr einfach.

Was anderes ist es mit Kräften, die nicht axial auftreten, sondern auf Grund eines Drehmomentes verursacht durch die Schiffsneigung. Die Kräfte, die hierbei am Übergang Kiel und Rumpf auftreten,können meines Erachtens nicht nur durch die Stangen, sonder vielmehr nur durch die Konstruktion der Aufnahme abgefangen werden.
Im letzen Foto ist das auch deutlich zu sehen!

Gruss
Thomas

Heindaddel · #18 30.10.2007, 16:42

Völlig richtig; aber das Drehmoment tritt nicht an den (Gewinde-)stangen wirksam auf, sondern an der Schaft-Konstruktion. Hier muß eine kraftschlüssige Verbindung zwischen einer stützenden Rahmenstruktur im Kielkasten/Rumpf und dem Schaft-Oberteil geschaffen werden. Aber die ist jetzt nicht mein Problem. Und dieses Problem hat natürlich jeder Hubkiel; auch wenn nicht alle so extrem konstruiert sind. Die Realität beweist nur: es funktioniert bei einigen dieser Boliden, ob es nun Bulls, Melges oder Tboats oder was auch immer sind...

TageDieb · #19 30.10.2007, 16:54

Genau, es muß so gemacht werden, daß die Bolzen nur Zugbelastung aufnehmen.

Gruß
Mario

naut · #20 30.10.2007, 17:24

Was ja im Grunde auch kein größeres Problem darstellt. Rein gefühlsmäßig finde ich die Ausführung des Kiels in "Sperrholz überlaminiert" zwar immer noch etwas gewöhnungsbedürftig, aber da ich absolut keine Ahnung von dieser Thematik habe, werde ich mich schön hüten, zu sagen, daß das so nicht ginge. Ich finde den Thread aber wirklich sehr interessant und würde mich über die Dokumentation Deines Baufortschrittes sehr freuen (auch wenn's nur als kurze Nachricht mit Hinweis auf Deine Internetseite wär). Weiter so!

Gruß,
Ulrich

Heindaddel · #21 30.10.2007, 18:50

Zitat:

Zitat von |naut|

Was ja im Grunde auch kein größeres Problem darstellt. .... Ich finde den Thread aber wirklich sehr interessant und würde mich über die Dokumentation Deines Baufortschrittes sehr freuen (auch wenn's nur als kurze Nachricht mit Hinweis auf Deine Internetseite wär). Weiter so!

Gruß,
Ulrich

Das ist ein netter Kommentar, über den ich mich freue. Gerne berichte ich natürlich weiter. Trotzdem: Experten bitte an die Front! Keiner möchte doch wohl, dass nix"X" abschmiert, bloß weil sie die Kielbombe verliert...

Und was das Sperrholz betrifft: mein Handicap ist das des eingewiesenen (vielleicht sogar versierten) Holzbearbeiters; ich habe von Metall- oder Faserverbund-Handwerk sehr wenig Kenntnis. Darum plante ich den Kiel mit dem steifsten Material das ich kenne und habe: gegenwärtig steht in meiner Werft eine 30mm Sapeli-Sperrholzplatte, 12-fach verleimt nach AW100 (=kochfest), die ist wie eine Stahlplatte. Ich habe gedacht, wenn ich daraus zwei Hälften des Kielschaftes baue und noch mal mit zwei 10mm Sapeli-Sperrholzplatten aufdopple (=Kielgesamt-Innen-Dicke 8 cm) und schlußendlich auch noch mit lastrichtungsgerechten Aramid oder Kohlefasern außen verstärke: da KANN NIX"X" MEHR BRECHEN! Aber die Experten werden's mir ja sagen, da bin ich ganz sicher!

moskito · #22 30.10.2007, 18:50

Zitat:

Zitat von Heindaddel

Völlig richtig; aber das Drehmoment tritt nicht an den (Gewinde-)stangen wirksam auf, sondern an der Schaft-Konstruktion. Hier muß eine kraftschlüssige Verbindung zwischen einer stützenden Rahmenstruktur im Kielkasten/Rumpf und dem Schaft-Oberteil geschaffen werden. Aber die ist jetzt nicht mein Problem. Und dieses Problem hat natürlich jeder Hubkiel; auch wenn nicht alle so extrem konstruiert sind. Die Realität beweist nur: es funktioniert bei einigen dieser Boliden, ob es nun Bulls, Melges oder Tboats oder was auch immer sind...

Auf dem Foto sieht das so aus, als ob der obere Teil bzw das obere Drittel wohl im Rumpf sitzt und das der eigentliche Kiel an dieses Teil angebolzt ist oder das die drei Teile Bombe,Kielprofil und Oberteil durch die Stangen zusammengezogen werden. Die haben dann wirklich nur die Funktion, das ganze Verbundteil auf Zug zu bringen. Dann muss aber Bombe, Kiel und Oberteil irgendwie gepasst sein, sonst kann das eigentlich nicht funktionieren.
Dabei wird die Zugfestigkeit der Gewindestangen weniger das Problem sein sonder eher die Druckfestigkeit des eingeklemmten Kielprofil. Die Stangen brauchen ja doch nur die Bombe an den Sperrholzkasten anzuziehen und der darf an den Flanken nicht einknicken oder..

Aber ich nehme an, du hast schon einmal so einen Kiel aus der Nähe gesehen, oder???

Wozu ist denn eigentlich der Dritte Bolzen/Einstellspindel auf dem Foto???

tboat · #23 30.10.2007, 20:03

Hi Heindaddel,
dir ist aber schon bewußt, dass es zwei Stellen gibt an denen relativ große Momente auftreten? Einmal der Übergang Bombe - Kiel und dann Kiel - Rumpf.

Kiel-Rumpf ist ja mit einem Rahmen noch in den Griff zu bekommen, Kiel - Bombe ist da schon problematischer, es sei denn die Bombe hat so ein "Langloch" wo der Kiel eben auch wieder reinpasst und die Momente über die Fläche übertragen werden.

Ich habe seinerzeit meinen Kiel auch als "Komposit" hergestellt, unten Blei - oben Totholz, das ganze mit 7 Stück M16-Gewindestangen zusammengeschraubt und untergebolzt. Allerdings waren die Dimensionen etwas geringer, 550 Kg Blei und ca. 85 cm Gesamtkiel-Höhe, davon ca. 35 cm Blei und 50 cm Holz. Das Totholz waren Mahagonie-Scheiben von ca. 4 cm Dicke, einfach 13 Scheiben zusammengeleimt.
Habe damals nur den Fehler begangen, im Bleiteil keine Löcher für die Gewindestangen vorzusehen. War ein Sch...Geschäft 7 Löcher durch 35 cm Blei zu bohren. Also beim Formenbau, bzw. Guß an sowas denken.

Gruß
Wolfgang

Bubi · #24 30.10.2007, 20:20

ich habe es vor 4 stunden schon mal gerechnet und auch aufgeschrieben,
leider wollte meine bessere hälfte dann heim,
also nochmal und aus dem kopf

gewicht: 1 to =10000N
länge ca 2300mm
schaftbreite = 120mm = halber achsabstand 60 mm
schaftlänge= 400 mm

hieraus resultierend, bei 90° neigung(aber ohne dynamische einflüsse)

ergibt das eine kraft von 380 kN auf eine seitenlinie des schafts
was bei 400 mm länge sich mit rund und eckig
1 kN /laufendem mm widerspiegelt

ganz schön heftig, wenn man bedenkt, dass feld-wald-und wiesenstahl
370 N/mm² hergibt, und du mit gfk daherkommen willst

der bolzen macht als a70 bei 20mm drm so 220kN gegen bruch,
bei 2 bolzen also 440 kN

da kannst du nicht mal mehr mit vorspannung eine flächenpressung zur kraftverteilung oder eine resultierene kraft (bsp. spannbeton) simulieren
um die kraft zu verteilen bzw durch einen resultierenden vektor zu reduzieren,
da sich der bolzen bereits kurz vor der plastischen verformungsfase befindet

wie gesagt bei 90° neigung und mit geschätzen massen und gewicht, aber ohne den dynamischen einfluss,
den ich mir hier mangels werten nicht zutraue zu berechnen

abhilfe verschaffen mehr bolzen, mit deren konstuktionslinie, aus der mittellinie des schafts heraus gelöst und beidseitig gleichmässig verteilt,
eine grössere auflagelinie und druckfesteres material am übergang rumpf/schaft,
bzw ein bisschen von jedem

das bild das du da hast, ist was für regatta( gewinnen und verkaufen) und nicht für den täglichen gebrauch, haltbar für jahre

Heindaddel · #25 30.10.2007, 20:29

Zitat:

Zitat von moskito

...oder das die drei Teile Bombe,Kielprofil und Oberteil durch die Stangen zusammengezogen werden.
Aber ich nehme an, du hast schon einmal so einen Kiel aus der Nähe gesehen, oder???
...

Also, du hast recht, ich kenne diesen Kiel recht gut. Er besteht im Wesentlichen aus tatsächlich drei Teilen, aber nicht so wie Du denkst... Teil 1 ist die Kielbombe okay. Teile zwei und drei sind aber eher die spiegelbildlichen Hälften vom Kielschaft (Bb und Stb), wobei der obere, breitere Teil tatsächlich sich quasi im Kielkasten verkeilt und damit das Gesamtkonstrukt am Bootsrumpf hält. Linke und rechte Hälfte werden mit Aramid/Carbon ünberlaminiert, um die nötigen Steifigkeitswerte zu erreichen. Was ich aber nie kapiert habe, und deshalb mein Plan mit dem Sperrholz: die Hersteller des abgebildeten Kieles schäumen diese Schaftstruktur mit einem Stearyl-Acrylnitril-schaum aus! Was dann weiter an Aussteifungen noch passiert, weiß ich nicht. Wie können dann bloß die beiden Gewindestangen - oder was immer das ist - die nötige Querstütze bekommen, um den zitierten Torsions- oder Scherkräften nicht ausgesetzt zu werden? Keine Ahnung ... Diese Boliden laufen 20 kn raumschots bei Bf 5-6 , und das nicht nur einmal ...

Zitat:

Zitat von moskito

Wozu ist denn eigentlich der Dritte Bolzen/Einstellspindel auf dem Foto???

Tja, das hätte ich auch gern auf meinem Eigenbau... das ist ein Hydraulikzylinder für die Hubkiel-Mimik, ne ganz, ganz tolle, ganz ganz teure Geschichte...lechz...

@tboat: ich assoziiere was mit deinem username, was neuseeländisches...
ja, die beiden Punkte sind mir bekannt. Oben denke ich, weiß ich wie ich es mache; unten (Bombe-Totholz) bin ich noch für Tips dankbar. Die "Langloch"-Lösung war schon in Planung, Frage ist, wie tief in der Bombe und reicht eine "Ver-Epoxylierung" zusätzlich zu der Gewindestangen-Verbindung und dann eine komplette Umkleidung mit Kevlar/Carbon...