Was bringt ein „halber Tragflächen-Holm“?

Ich würde gerne Eure Einschätzung / Meinung wissen bzgl. Holm für einen Thermiksegler mit 4m Spannweite und HQ2,5/12 (Wurzel) in Styro-Abachi, Flächenbelastung ca. 60g/dm². 100m gemäßigtes Anstechen mit weichem Kunstflug muss mindestens drin sein.

Um Gewicht zu sparen und den Bauaufwand zu minimieren würde mich interessieren, ob meine Überlegungen stimmen:
Da ich mal nicht von Negativ-Figuren ausgehe, wird der oberer Holm der Tragfläche auf Druck, bzw. Stauchung beansprucht. Bei Biege-Überbelastung wird der Schadensmechanismus entspr. ein Beulen der oberen Beplankung und nachfolgend ein kpl. Einknicken an dieser Beule sein. Ziel muss also sein, das Beulen innerhalb der gewählten Belastungsgrenzen zu vermeiden. Soweit ja nix Neues.

Meine Überlegung ist nun, auf der Oberseite der Tragfläche z.B. eine Kiefernleiste 10x5mm hochkant über ¾ Spannweite in eine enspr. Nut im Kern einzulassen, wobei die Unterseite dieser Leiste (zur Profilmitte hin) auf Zug belastet wird und dementspr. mit CfK-Rovings belegt wird. Dann eben ganz normal 45° GfK abgestuft drauf und – wie gesagt – Abachi. Auf der Unterseite kommen die CfK-Rovings direkt auf die Beplankung (reine Zugbelastung). So ist das Ganze in einem Durchgang laminiert

Mir ist klar, dass ein durchgehender Holm wesentlich mehr hält und dass ich den Holm dem Biegemomenten-Verlauf entspr. nach aussen verjüngen könnte. Mir geht es aber um eine „quick and dirty“-Lösung, die deutlich mehr aushält als eine Fläche ohne diesen Holm – die bisher auch immer gehalten haben…

Wie ist Eure Meinung hierzu? Ist bei einem durchgehenden Holm das Blockieren der Scherung zwischen Ober- und Unterschale so dominierend für die Festigkeit, dass ich mir mein „halbes Hölmchen“ gleich ganz sparen kann? Habe ich andere Effekte ausser Acht gelassen? Gibt es prinzipiell andere Varianten, die wenig Arbeit machen und die Festigkeit erhöhen?

Allen, die es bis hierhin im Text geschafft haben, danke ich alleine dafür schon mal  Und allen, die Ihre Vorschläge einbringen im Voraus schon mal Dankeschön.

Gruß
Jörg

Franz Perseke hat vor ca. 30 Jahren Untersuchungen zu einer ähnlichen Bauweise gemacht. Der Sandwichflügel mit Beulverstärkung unter der Oberschale hat am zweitbesten abgeschnitten, nach einem seriösen Ober- Untergurt-Holm. Man bedenke, dass man damals Sandwichflügel noch oft in reiner Furnier-Styrobauweise herstellte und niemand von "Vollgasfest" und "Ablasser" sprach.

Muss mal in seinem Buch "Das Segelflugmodell" nach Details schauen.

Ob der Zuggurt unter der Kieferleiste allzuviel bringt, bezweifle ich. Liegt doch recht nah an der neutralen Faser.

Zuggurt

Zuggurt

... der Zuggurt wäre eben auch eine Verstärkung des Kiefernholms gegen Aufplatzen. Holz ist ja eher inhomogen. Und 5mm Abstand zur neutralen Faser hätte ich immerhin (Höhe geht ja meines Wissens in 3. Potenz ins Trägheitsmoment ein).

Wäre super, wenn Du aus dem genannten Buch Infos für mich hättest. Back to ther roots

Hallo Jörg,

>Meine Überlegung ist nun, auf der Oberseite der Tragfläche z.B. eine Kiefernleiste 10x5mm hochkant über ¾ Spannweite in eine enspr. Nut im Kern einzulassen, wobei die Unterseite dieser Leiste (zur Profilmitte hin) auf Zug belastet wird und dementspr. mit CfK-Rovings belegt wird.<

Zur Profilmitte hin hast du zwischen Ober- und Unterschale die neutrale Faser, da ist weder Zug, noch Druck.

CFK auf Kiefer verträgt sich wegen der unterschiedlichen Dehnungen (Steifheit, nicht Festigkeit) nur schlecht.


> Auf der Unterseite kommen die CfK-Rovings direkt auf die Beplankung (reine Zugbelastung).<

>Ist bei einem durchgehenden Holm das Blockieren der Scherung zwischen Ober- und Unterschale so dominierend für die Festigkeit, dass ich mir mein „halbes Hölmchen“ gleich ganz sparen kann?<

Ohne (Querkraft)steg kannst du auch für die Holmgurte Hosenträgergummis nehmen... ist nicht ganz so schlimm wie sich das hier liest, der Spruch an sich gefällt mir so gut

Was du beschreibst, ist kein Holm, der besteht aus drei Teilen -->Obergurt, Untergurt und (Querkraft)steg.

>Mir geht es aber um eine „quick and dirty“-Lösung<

Vorschlag von mir für quick and dirty“:

CFK Rowings oben und unten als Holmgurte. Berechnung nach excel-sheet von C.Baron.

Den Kern mit einem dünnen Sägeblatt (von Hand) geschlitzt , abschnittsweise, damit einem der Kern nicht in zwei Teile zerfällt, jeweils ca 20cm lang, dann 20cm ohne Schlitz.
Untere Beplankung mit unterem CFK-Rowing Holmgurt herstellen, in die Schlitze 0,8-1,5 mm Sperrholz als Steg einschieben (20cm lang), wenn die Cfk Rowings noch nass sind, wegen Anbindung des Stegs an die Rowings.

Die Stege vorher trocken schon mal einschieben, Höhe anzeichnen und passend zuschneiden.(nummerieren), sonst sitzt ein Steg mal schnell an der falschen Stelle...

Die bisher nicht geschlitzten Abschnitte jetzt auch schlitzen und nun ebenso Sperrholz einschieben, ca 22 cm lang, jeweils 1cm überlappt zum bereits vorhandenen Steg.

Oberen Gurt aus CFK Rowings laminieren, Oberschale aus Abachi drauf, wenn gewünscht noch zwischen Kern und Abachi Gewebe unter +- 45° gelegt (wegen Torsion) ---> fertig ...geht in einem Arbeitsgang, lässt sich aber auch in zwei Abschnitte aufteilen.

Gruß Rolf

Rolf Laube schrieb:

CFK auf Kiefer verträgt sich wegen der unterschiedlichen Dehnungen (Steifheit, nicht Festigkeit) nur schlecht.

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Immer wieder: Nein! CFK und Kiefer passen wegen sehr ähnlicher Bruchdehnung sogar recht gut zueinander. Natürlich übernimmt CFK wegen des viel höheren E-Moduls den Löwenanteil der Lasten. Aber es ist keine Fehlanpassung wie CFK auf Glas. Wenn die Deformation so gross wird, dass CFK bricht, wäre Kiefer allein auch gebrochen. Allerdings schon bei viel kleinerer Last.

Mal interessehalber: Warum verwendest Du/Ihr CFK Rowings? Ich nutze in solchen Situationen eigendlich immer unidirektionale Kohle, bei einem Einsatz als Holmverstärkung Beispielsweise 3 abgestufte Lagen.
Es muß doch eigendlich nur die Längskräfte aufnehmen und dass kann ich unidirektional doch am besten bedienen.

Wär für Aufklärung (zu dem Thema und nur zu diesem bitte ) dankbar.

Ein Roving ist unidirektional!
Beantwortet das seine Frage?

Sniping-Jack schrieb:

Ein Roving ist unidirektional!
Beantwortet das seine Frage?

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Ok schon gut.. bin grad irgendwie davon ausgegangen, dass die gedreht und nicht nur gebündelt sind.

Ich denke die Bezeichnung "Holm" ist falsch. Jörg hat das Ziel ja richtig formuliert - nämlich "das Beulen innerhalb der gewählten Belastungsgrenzen zu vermeiden". Perseke hat z.B. 10x5mm Kiefernleisten FLACH eingebaut um den Unterschied zwischen der Knickfestigkeit der Oberschale und der Zugfestigkeit der Unterschale auszugleichen.
Nochmal: es geht hier nicht um einen Holm! sondern um die Knick- u Beulsteifigkeit der Oberseite.

Gruß,
Bernd

Hallo Markus,

MarkusN schrieb:

Natürlich übernimmt CFK wegen des viel höheren E-Moduls den Löwenanteil der Lasten...

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Eben darum schrieb ich --> verträgt sich schlecht

MarkusN schrieb:

...Wenn die Deformation so gross wird, dass CFK bricht, wäre Kiefer allein auch gebrochen. Allerdings schon bei viel kleinerer Last.

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Deswegen nimmt das CFK die Last (fast) alleine auf, Kiefer kannste dann auch weglassen, hast dann aber nix mehr wo du die Rowings drauflaminieren kannst

Das ist das gleiche wie die sinnlose "Verstärkung" von Glasrümpfen mit Kohle.
Die Last wird auf grund der unterschiedlichen E-Module von der Kohle allein aufgenommen. Dann muß auch soviel Kohle rein das die ganze Last aufgenommen werden kann --> dann geht es auch ohne Glas, wenn soviel Kohle drin ist das die Kohle allein reicht...

Diese Betrachtung gilt allein unter dem Gesichtspunkt von Festigkeit, also Belastungen die zum Strukturversagen führen.

Kohle einzusetzen um Steifheit (oder Steifigkeit ?) zu erzielen, ist ein anderer Anwendungsfall, da bleibt die Belastung immer unterhalb der Bruchlast.

Gruß Rolf

Merlin schrieb:

...Nochmal: es geht hier nicht um einen Holm! sondern um die Knick- u Beulsteifigkeit der Oberseite.

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Hallo Bernd,

sicher hat Jörg das so formuliert, nur... Knicken und Beulen kommt nun mal aus der Biegung der Tragfläche.

Und wer sonst als ein HOLM sollte die Kräfte aus der Biegung aufnehmen?

Gruß Rolf

die Schale!

Rolf Laube schrieb:

Hallo Markus,



Eben darum schrieb ich --> verträgt sich schlecht



Deswegen nimmt das CFK die Last (fast) alleine auf, Kiefer kannste dann auch weglassen, hast dann aber nix mehr wo du die Rowings drauflaminieren kannst

Das ist das gleiche wie die sinnlose "Verstärkung" von Glasrümpfen mit Kohle.
Die Last wird auf grund der unterschiedlichen E-Module von der Kohle allein aufgenommen. Dann muß auch soviel Kohle rein das die ganze Last aufgenommen werden kann --> dann geht es auch ohne Glas, wenn soviel Kohle drin ist das die Kohle allein reicht...

Diese Betrachtung gilt allein unter dem Gesichtspunkt von Festigkeit, also Belastungen die zum Strukturversagen führen.

Kohle einzusetzen um Steifheit (oder Steifigkeit ?) zu erzielen, ist ein anderer Anwendungsfall, da bleibt die Belastung immer unterhalb der Bruchlast.

Gruß Rolf

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Hallo Rolf,

meiner Meinung nach ist da irgendwo ein Knopf drin. Ich stimme mit dir überein: Verstärkungen werden in sehr vielen Fällen nicht besonders effektiv durchgeführt. Aber ich würde es anders formulieren: Wenn man nicht das richtige Material in der richtigen Ausrichtung am richtigen Ort einbringt, dann ist der Gewichtszuwachs überproportional hoch im Verhältnis zum Festigkeitsgewinn. Höher belastbare Fasern gehören dort hin, wo auch die größere Belastung ist. Das ist beim Beispiel der Rümpfe höchst selten der Fall. Ein gewisser Festigkeitsgewinn besteht aber dennoch - er ist nur weit geringer als man es vielleicht glauben mag.

Ich glaube, ich verstehe schon, was du meinst: Wenn man schon Kohle verwendet, dann bitte ALS ERSTES in allen kritischen Stellen in die Form einlegen (ob flächig oder partial ist auch eine Preisfrage) und DANN erst das Glasgewebe. Umgekehrt, wie es so oft zu sehen ist, ist es auch in meinen augen mehr Augenwischerei als tatsächlich effektiver Nutzen. Trifft es das?


Just m2c...


Nachtrag: ich habe so einen kohleverstärkten Rumpf hier. Der ist schon verdammt stabil. Aber das wäre auch mit Glas zu erreichen gewesen. Denn auch hier liegt die Kohle nicht dort, wo auch die größten Belastungen auftreten: An der Aussenhaut. Es ist halt eine Laminatschicht mehr bei einem etwas geringeren Gewichtszuwachs, aber merklich mehr Kosten. Mich hat es nichts extra gekostet, ich freu mich über dieses Extra. Klar. Aber ganz genau betrachtet ist der Nutzen halt überschaubar. Doch er ist vorhanden, das darf man auch nicht wegdiskutieren.

@ Merlin,

die Schale nimmt die Torsion auf, weil der Holm das nicht kann...

@ Sniping-Jack,

Nein, das trifft es nicht, es ist das grundsätzlich Schlechte bei diesem Materialmix.

Dieses "Schlechte" tritt natürlich erst dann auf wenn es zum Bruch kommt.
Bis dahin ist das Theorie ohne praktische Auswirkung. Wenn die Last unterhalb der Bruchlast bleibt --> es passiert nichts.

Wenn Du schreibst...:

>Der ist schon verdammt stabil.<

dann meinst du damit ...Festigkeit..oder.. ist der Rumpf nach deinem Empfinden ...steif?

>Höher belastbare Fasern gehören dort hin, wo auch die größere Belastung ist<

Kohle ist nicht wesentlich "fester" als Glas, der entscheidende Unterschied ist die Steifheit (E-Modul).

http://wiki.r-g.de/index.php?title=Kohlefasern_(Carbon)#Vergleichswerte_verschiedener_Werkstoffe


Gruß Rolf

Rolf Laube schrieb:

Das ist das gleiche wie die sinnlose "Verstärkung" von Glasrümpfen mit Kohle.

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Es ist eben nicht das Gleiche, weil ein Struktur, die auch schon in Kiefer "vernünftig" (also gefühlsmässig ausreichend) daher kommt, mit Kohle wesentlich versteift werden kann, ohne dass Du die Gefahr eingehst, dass durch den Initialbruch der Kohle eine Schwachstelle auftritt, die dann die Gesamtstruktur versagen lässt.
Letztere Gefahr ist bei Kohle auf Glas wegen der stark unterschiedlichen Bruchdehnungen gegeben. Eine Glaskonstruktion wird durch "Verstärkung" mit Kohle zunächst einmal schwächer. Das kann dir bei Kiefer nicht passieren.

Merlin schrieb:

Ich denke die Bezeichnung "Holm" ist falsch. Jörg hat das Ziel ja richtig formuliert - nämlich "das Beulen innerhalb der gewählten Belastungsgrenzen zu vermeiden".

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Yup. Der korrekte Jargon dafür wäre wohl "Stringer".

@Rolf: Und wenn kein Holm drin ist? Dann ist die Schale der Gurt und der Schaum der Steg. Es versagt die Schale oben (weil dünn) erst durch Beulen und dann durch Knicken.

Und was den Holm angeht: ein Holm kann sehr wohl Torsionslasten aufnehmen, wenn er dafür ausgelegt ist. Denke z.B. an die Rohrholme der Rippenflügel.

Bernd

Vielen Dank schon mal für Eure Beiträge.

So etwas hatte ich mir erhofft.*Gefühlsmäßig würde ich sagen, dass CfK-Rovings, die ich direkt auf die obere Beplankung laminiere für positive g-Belastungen nahezu nichts bringen, weil sie weder Beulen noch Stauchen entgegen wirken.*

„Meine“ Konstruktion ist ja im Prinzip ein T-Träger. Hier nimmt das Trägheitsmoment mit zunehmender Höhe des senkrechten Bereichs zu, wobei der Zug im untersten Bereich maximal ist. Daher würde ich die Kiefernleiste entgegen Hr. Perseke eher senkrecht stellen. Durch den Materialmix stelle ich mir vor, dass die lokale Belastung beim Biegen der Fläche so aussieht, dass der Kiefernholm vorwiegend senkrechten Druck zwischen dem Roving-Strang (ich vermeide den Begriff Holm*:-)) und der oberen Beplankung abbekommt. Theoretisch würde es sogar genügen, den Roving-Strang nur an beiden Enden mit der Kiefernleiste zu verbinden und dazwischen gar nicht zu verkleben.*

Kurzum: Ein Beulen wird dadurch verhindert, dass die Kiefernleiste den Abstand zwischen Beplankung und dem Roving-Strang (der als reine Zugfaser wirkt) konstant hält.*Kühne Behauptungen. :-)*Was ist eure Meinung hierzu?

Merlin schrieb:

@Rolf: Und wenn kein Holm drin ist? Dann ist die Schale der Gurt und der Schaum der Steg. Es versagt die Schale oben (weil dünn) erst durch Beulen und dann durch Knicken.

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ja so ist es...

Diskutieren wir hier eine Bauweise ohne Holm...oder wollte Jörg zum Thema T-Holm, doppel T-Holm oder vielleicht auch zum Kastenholm ein paar Meinungen bekommen?

Der Sonderfall Rohrholm, ist für Jörgs Styro - Abachi -Fläche bei 4m Spannweite nie in der Diskussion gewesen, und das zu recht, weil der keine Gurte und einen Steg kennt, sondern ganz anders funktioniert.

Gruß Rolf

joheit schrieb:

...Kurzum: Ein Beulen wird dadurch verhindert, dass die Kiefernleiste den Abstand zwischen Beplankung und dem Roving-Strang (der als reine Zugfaser wirkt) konstant hält.*Kühne Behauptungen. :-)*Was ist eure Meinung hierzu?

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Hallo Jörg,

Das was du vorhast entzieht sich jeder Möglichkeit etwas zu berechnen, noch nicht mal eine Abschätzung ist möglich, da auch die Bedingungen nicht festliegen. Bis zu welcher Geschwindigkeit und bis zu welchem Ca soll die Fläche halten bei welchem (Rumpf) Gewicht?

Du kannst so bauen wie Du es beschreibst und es dann ausprobieren...

Wenn Du den Rowingstrang nach unten, zwischen Abachi und Kern legst, anstelle unter die Kieferleiste, wird er dir mehr nutzen, weil dort die wirkliche Zugbelastung auftritt, aber nur wenn du dir den Rückenflug verkneifst

Gruß Rolf

Rolf Laube schrieb:

Diskutieren wir hier eine Bauweise ohne Holm...oder wollte Jörg zum Thema T-Holm, doppel T-Holm oder vielleicht auch zum Kastenholm ein paar Meinungen bekommen?

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Im Prinzip ja. Genau das ist die beschriebene Bauweise. Ergänzt um den Stringer, der die Festigkeiten von Ober und Unterschale einander annähert.

Der fehlende durchgehende Steg wird sich vor allem durch geringere Steifigkeit aber auch in reduzierter Festigkeit bemerkbar machen. Unter Biegebelastung wird der Schaum zwischen Oberschale und dem CFK Gurt in der Unterschale komprimiert, die Zug-Druck-Elemente rücken näher zusammen; die Hebelverhältnisse werden ungünstiger und die Biegewinkel werden grösser.

Es ist auch denkbar, dass die Verbindung durch Schub versagt, das wird aber meist durch eine recht massive Verbindung im Steckungsbereich verhindert. Dass das geschieht, müsste die Wurzelrippe nämlich umknicken.