DE2012348A1 - Verfahren zum Bau eines Formbootes sowie nach dem Verfahren hergestelltes Boot - Google Patents

Description

DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

14.- März 1970

Sch-DB/ls ,

Roy George Staley of Streamlyte Mouldings (Marine) Limited, England .

und

Leslie Nathan Phillips of Royal Aircraft Establishment, England *

Verfahren zum Bau eines Formbootes sowie nach dem Verfahren hergestelltes Boot

Die Erfindung betrifft Formboote, z.B. Kanus, Kajaks und Ruderboote, insbesondere Rennboote und -kajaks.

In diesem Zusammenhang bezeichnet der Ausdruck "Kanu" ein Boot, das mit einem Stechpaddel oder mit von dem bzw. den Kanuten bedienten Stechpaddeln von Hand vorwärt sbewegt wird. Ein "Kajak" ist ein Boot, das von Doppelpaddeln fortbewegt wird, d.h. jedes Paddel besitzt an jedem Ende ein Blatt, das von dem Paddler jeweils an einer Seite des Kajaks eingetaucht wird.

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Zum wirtschaftlichen Bau eines Bootes, z.B. eines Kanus, Kajaks oder Ruderbootes, müssen mehrere Betrachtungen aufgestellt werden und die Bootskörper sollten soweit als praktisch möglich, folgende Eigenschaften aufweisen:

1. Eine strömungstechnisch günstige Gestalt zur Erleichterung des Hindurchgleitens durch Wasser;

2. eine die während des Betriebes auftretenden Spannungen und Beanspruchungen aushaltende Festigkeit;

J5. eine übermäßigen Biegebeanspruchungen, die unerwünschte Änderungen der Stromlinienform und der Steuerbarkeit hervorrufen können, widerstehende Steifigkeit;

4. geringes Gewicht, so daß zum Antreiben und Steuern des Bootes nur ein geringer Kraftaufwand erforderlich ist.

Formkanus und -kajaks werden aus glasfaserverstärktem Kunstharzmaterial hergestellt und unter Verwendung von zwei Schalenteilen gebaut, die den Ober- und Unterpartien des Bootes entsprechen. Die beiden Partien werden so hergestellt, daß Glasfasern als unregelmäßige Matte und/oder Gespinst in die Form eingelegt und anschließend mit geeignetem Harz, meist einem ungesättigten Polyester- oder Epoxyharz, getränkt werden. Es werden bis zur erforderlichen Dicke Lage auf Lage geschichtet und anschließend kann das Harz aushärten. Sodann werden die beiden Halbschalen aus den Formen herausgenommen, der obere Abschnitt wird auf den unteren Abschnitt gesetzt und beide werden anschließend durch Auflage von weiteren Glasfasern und Harz zur Abdeokung und Dichtung

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der Stoßstelle zwischen beiden Abschnitten miteinander verbunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Formbootes sowie ein nach diesem Verfahren gebautes Boot vorzuschlagen.

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Formbootes ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Glasfaser-/ Kunstharzschale geformt und eine Köhlenstoffaserverstärkung vorgesehen wird, die wenigstens 0,05 Gew.-% des Bootes ausmacht und zu seiner Versteifung in Bündelform gesondert an den Stellen des Bootsaufbaus angebracht I

wird, die starken Spannungsbeanspruchungen ausgesetzt sind. ."'".,

Vorzugsweise machen die Kohlenstoffasern nicht mehr als 12 Gew.-Ji des Bootes aus.

Die verwendete Kohlenstoffaser ist zweckmäßig gemäß dem brit. Patent 111 0791 hergestellt und besitzt sowohl eine hohe Bruchfestigkeit, als auch hohe Young-modul-Eigenschaften.

Die KohlenstoffaserverStärkung dient dazu, eine im we- g sentliehen einseitig gerichtete Verstärkung der gegossenen Versteifungselemente innerhalb des Bootsaufbaus zu bilden. In einer einfachen AusfUhrungsform ist das Boot mit längs und quer über den Bootskörper verlaufenden Versteifungen und Rippen versehen, von denen wenigstens einige durch Kohlenstoffaserbündel verstärkt sind.

Der Bootskörper kann auch als einfache Schalenstruktur ohne Verstelfungen oder Rippen gestaltet sein. Diese

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können nachträglich angebracht werden, damit der Bootskörper Kohlenstoffaserverstärkungen in einer Harzmatrize und gegebenenfalls Glasfasern enthält.

Die Übereinanderschichtung von Kohlenstoffasern wird durch ihre Verwendung in Form von zusammengeklujSmpten Strängen erleichtert, von denen je zwei ein Bündel von 10.000 Kohlenstoffasern umfassen, die von einer in den parallelen Anmeldungen 52 653/67 und 4711/68 beschriebenen Umkleidung zusammengehalten werden.

Die zum Aufbau jeder Versteifung verwendete Anzahl von Strängen variiert in Abhängigkeit von Größe und Art des hergestellten Bootes. Im Falle eines einsitzigen Rennkajaks wurden für jedes Versteifungsglied achte Stränge zu je 10.000 Fäden verwendet.

Bei einem Rennkajak für Slalomrennen, bei denen das Boot sich mit hoher Geschwindigkeit rasch drehen muß, um der Hindernisstrecke folgen zu können, werden erhebliche Biegekräfte, insbesondere mitschiffs im Bereich um den Sitz auf das Boot ausgeübt. Bei der Herstellung eines solchen Kajaks werden deshalb die Kohlenstoffaserverstärkungen wenigstens als den Bootskörper vor und hinter dem Sitz umgebende Querrippen vorgesehen.

Zusätzliche Querrippen aus Kohlenstoffasern können auch über mehr als 50 % der Mitschiffslänge des Bootes angeordnet werden.

Außerdem kann eine Kohlenstoffaserverstärkung am Kielboden vorgesehen sein (am inneren Kiel, an der Verdeckstange und in einem sich über 10 bis 15 % der Bootslänge vom Bug bzw. Heck erstreckenden Bereich).

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Der Kielboden kann V-förmig, U-förmig oder hohl abgestumpft gestaltet sein und einen Glasfaser/Harzaufbau aufweisen, der am Scheitel des vom Boden entfernten Abschnittes des Bootskörpers mit Kohlenstoffasern verstärkt ist* Der die Luke umgebende Süll und/oder der gegossene Sitz sind beide mit Kohlenstoffasern zweckmäßig in Form eines Gitternetzwerkes innerhalb eines Glasfaser/ Harzkörpers verstärkt ausgebildet.

Es ist wichtig, die Kohlenstoffaserverstärkung gegen Abrieb zu schützen und daher befindet sie sich normalerweise innerhalb der äußeren Glasfaser/Harz-Schale. *

Zur Erleichterung der Herstellung kann die Kohlenstofffaserverstärkung als Verstärkungsgi11ernetzwerk der Versteifungsrahmen des Bootes ausgebildet sein, wenn das Gewicht keine Rolle spielt. Es kann sich dabei um einfache Längsstreben und Querrippen handeln, jedoch verwendet man in einer bevorzugten Ausführungsform ein dreieckiges Rahmennetswerk, das strukturell zweckmäßig ist.

Als Alternative zu geklumpten Strängen aus Kohlenstofffasern können Bänder verwendet werden, die mit vorvuikanisiertem oder teilweise ausgehärtetem Harz impräg- | niert und als "pre^preg" bekannt sind.

Im übrigen können als Verstärkung auch.Kohlenstoffasergespinete verwendet werden.

Eine Ausführung®form der Erfindung wird anhand eines In der Zeichnung dargestellten Beispieles erläutert, es zeigen;

Fig. 1 einen Längsschnitt eines einsitzigen Kajakkörpers,

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Pig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II der Fig. 1, wobei der Kielboden bzw. das Kielschwein dargestellt ist,

3* ¹^ und 5 sind Querschnitte anderer im Bootskörper vorgesehener KohlenstoffaserverstSbkungen und

Fig. 6 zeigt einen gegossenen Sitz zum Einbau in ein Formkanu bzw. einen Formkajak in schaubildlicher Sicht.

Gemäß Fig. 1 weist der Kajak Ober- und Unterschalen 11, 12 auf, die im Bereich 13 niteinander verbunden sind, wobei die Oberschale 11 eine Luke 14 mit diese umgebendem Süll aufweist. Die Innenwände der Schalen sind durch Längsstreben 16, Querrippen 17# die obere Verdeckstange 18 und den Kielboden 19 verstärkt. Der Kajak wird unter Verwendung von Hohlformen für die Ober- und Unterschalen 11 und 12 hergestellt. Die Formen werden zuerst mit einer Trennschicht, z.B. einem Polyvinylalkohol oder Zelluloseacetat beschichtet. Sodann wird auf die Oberfläche der Trennschicht eine Gel-Schicht gefärbten und pigmentierten Thixotrop-Folyesterharzes aufgetragen, um dem Endprodukt ein ansehnliches Kufleres zu verleihen. Dann wird auf die Oberfläche der Oel-Schicht eine einzige Lage Stapelglasseide als Matte aufgebracht und mit kalthärtendem ungesättigtem Polyesterharz imprägniert, Bündel von Kohlenstoffasersträngen,'die unter Verwendung einer Umkleidung zusammengefaßt sind, werden anschließend gegen die Innenfläche der harzimprägnierten Glasfaserschicht gelegt und mit dem gleichen Polyesterharz imprägniert, um Versteifungen 16, Rippen 17* die Verdeckstange 18 und den Kielboden 19 zu bilden. Ober- und Unterabschnitte werden dann in herkömmlicher Wei"« unter Verwendung überlappender Lagen glasfaserverstärkten R»st» stoffes miteinander verbunden.

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Bei dieser speziellen Ausführungsform umfaßt jedes Kohlenstoffaserbündel 8 Faserstränge, von denen jeder etwa 10.000 Fäden aufweist. Die harzimprägnierten Kohlenstoffaserbündel werden dann jeweils mit einer Lage Stapelglasseide in Form einer etwa 50 cm bidten Matte umgeben, die mit dem gleichen Polyesterharz imprägniert wurde. Ein auf diese Weise hergestellter Kajak wiegt etwa 21 Ib,, wovon 4 1/2 oz bzw. ca. 1,5 # Kohlenstoffasern sind. Ein Kajak ähnlicher Größe und Festigkeit^, der nur aus Glasfasern besteht, die nach den herkömmlichen Verfahren imprägniert worden sind, besitzt

ein Gewicht von 26 Ib. i

In Fig. 2 erkennt man eine Gel-Schicht 20, eine Harzimprägnierte Glasfaserschicht 21, einen harzimprägnierten Kohlenstoffaserkielboden 19 und die beiden etwa 50 em breiten Lagen harzimprägnierter Glasfasern 22.

Fig. 3, 4 und 5 zeigen abgewandelte Anordnungen zur Einbeziehung der KohlenstoffaserverStärkung in den Kielboden. In Fig. 3 ist die Gel-Schicht mit 31 bezeichnet, während die Pos.-Ziffer 32 die harzimprägnierte Glasfaserschicht kenntlich macht. In einer gesonderten Form wird ein umgekehrt V-förmiger Abschnitt 33 aus harzimprägnierten | Glasfasern hergestellt, dessen innerer Scheitel mit mindestens einem Strang aus harzimprägriierten Kohlenstof fasern 34 gefüllt wird. Der umgekehrte V-Abschnitt wird sodann mittels Streifen 35 aus harzimprägnierten Glasfasermatten an der Schicht 32 befestigt.

Die Fig. 4 und *> zeigen einen abgestumpften Abschnitt 4l sowie einen umgekehrt U-förmigen Teil 51, die jeweils mit harzimprägnierten Kohlenstoffasern 42 bzw. 52 belegt sind. Der Formsitz zum Einbau in einen Kajak (Fig. 6) besteht aus einem Hauptgußteil 6l aus einer harzimprägnierten Glasfaser^Stapelglasseidenmatte mit einer Ver-00 98 39/1566

Stärkung aus Kohlenstoffasersträngen 72. Der Sitz wird in einer Form hergestellt, in der zunächst mehrere Lagen harziraprägnierter Glasfasermatten liegen, die von den gezeigten harzimprägnierten Kohlenstoffasersträngen überlagert und anschließend mit weiteren Lagen harzimprägnierter Glasfasermatten überdeckt werden.

Die Praxis hat gezeigt, daß die Verwendung von mehr als 12 Gew.-% des Bootes an Kohlenstoffasern sich gegenwärtig als teuer erweist.

Ein Kanu und ein Ruderboot können in ähnlicher Weise wie beschrieben hergestellt werden, wobei im Falle des Ruderbootes nur eine Form 12 erforderlich ist. In diesem Falle befindet sich die zusätzliche Kohlenstoffaserverstärkung der Schale in den Bereichen feoher Beanspruchung, z.B. bei den Ruderauflagern und den Fußstützen. Diese Konstruktion ist insbesondere für die Herstellung von Rennruderdingys zweckmäßig.

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Claims (12)

1. An s ρ r Ü c h e

   erfahren zur Herstellung eines Formbootes, d a d u rc h ge k e η η ζ e i c h η e t , daß eine Glasfaser-Kunstharzschale geformt und eine Kohlenstoff aserverstärkung vorgesehen wird, die wenigstens 0,05 Gew»-# des Bootes ausmacht und zu seiner Versteifung in Bündelform gesondert an den Stellen des Bootsaufbaus angebracht wird, die starken Spannungsbeanspruchungen ausgesetzt sind. g
2. 2. Verfahren zur Herstellung eines Formbootes gemäß

   Anspruch 1, d a d u r e h g e k e η η ζ e i ohne &., -■ daß die Kohlenstoffasern nicht mehr als 12 Gew.-^ des Bootes ausmachen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

   g e kenn ζ e i c h η e t , daß die Kohlenstofffaserverstärkung so angeordnet wird, daß sie eine im wesentlichen einseitig gerichtete Verstärkung der Versteifungselemente darstellt.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen Ibisj5, dadurch * gekennzeichnet, daß während des Gießvorganges Bündel vonKohlenstoffäden eingelagert werden, um Verstärkungen der längs bzw. quer über das Boot verlaufenden Versteifungen und Rippen zu bilden.
5. 5« Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis-3* dadurch g e k eη η ζ ei c h η et, daß die KohlenstofffaserverstMrkung sich in einem dreieckigen Netzwerk der Bootsverstärkungsrahmen befindet.

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6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , dafl Stränge von Kohlenstoffasern, die mit ungehärtetem Harz zu Bündeln zusammengeklumpt sind,vor der Aushärtung des Harzgehaltes des Bootes in den Bootsaufbau eingelagert werden.
7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffaserverstärkung in Form von mit ungehärtetem Harz imprägniertem Kohlenstoffaserbändern vorliegt und eine große Anzahl von längs des Bandes verlaufenden Fasern aufweist.
8. 8. Verfahren zur Herstellung eines Kanus oder Kajaks gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanu bzw, der Kajak einen oberen und einen unteren Formabschnitt aufweist, wobei der obere Abschnitt eine Luke besitzt und die Kohlenstoffaserverstärkung wenigstens in den Querrippen vorgesehen ist, die sich vor und hinter der Luke um den Bootskörper erstrecken.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffaaerverstärkung sich in der mittleren 50 ^-Spanne der Bootslänge befindet.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet,- dafl die Kohlenstofffaserverstärkung am Kielboden, dar Verdeokstange und in einem sich über 10 bis 15 % der Bootslänge von Bug bzw. Heck erstreckenden Bereich vorgesehen ist.
11. 11. Verfahren zur Herstellung eines Ruderbootes nach den

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    Ansprüchen 1 bis 6,-'d a d u rc h g e k en η ζ e i σ'h η et, daß die Köhlenstoffaserverstärkung im Bereich der Ruderauflager und/oderjeder Fußstütze intern Boot sauf bau eingelagert ist.
12. 12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis U, d a d u r c h g e k e η η ζ ei c h η et , daß die Kohlenstofffaserverstärkung während des Herstellungsvorganges eingelagert wird, so daß sie nach der Aushärtung geschützt innerhalb des Materials der Bootsschale liegt.

    13» Formboot, g e k e η η ζ ei eh η e t durch Glasfasern in einer gehärteten Harzmatrize und durch Kohlenstoffaserverstärkungen, die wenigstens 0,05 Gew. des Bootes ausmachen und in Form von Bündeln gesondert an den Stellen in den Bootsaufbau eingelagert sind, die starken Spannungsbeanspruchungen unterworfen sind und einer Versteifung bedürfen* \ .

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