Material für Aluschwert Jolle

Rainer Enßlin
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Material für Aluschwert Jolle

Beitrag von Rainer Enßlin » Di 16. Apr 2013, 10:19

Hallo Jollensegler und Materialkundler,
ich habe eine 6-m-Jolle (Schratz) mit 14 qm und würde mein ewig rostendes und sauschweres Stahlschwert gerne gegen ein Aluschwert tauschen. Meine Frage ist, welches Material dazu in Frage kommt und welche Materialstärke man benötigt.
Das Schwert ist klassisch rechteckig, hat 0,42 qm benetzte Fläche, 60 cm Breite bei 80 cm Länge und soll nach einer Kenterung der Belastung von zwei Personen stand halten (es muss nur einer auf die Spitze, der Kahn kommt leicht hoch).
Gleichzeitig bin ich natürlich auch an geringem Gewicht interessiert.
Erste Äußerungen aus meinem Segelclub verwiesen auf kupferlegiertes Alu mit hohen Festigkeiten, das aber nur wenig korrosionsschutz bietet.
Gibt es Erfahrungen zu Materialstärke und -art?
Danke, Rainer
Rainer
helmsman-2

Re: Material für Aluschwert Jolle

Beitrag von helmsman-2 » Di 16. Apr 2013, 12:41

Kupferlegiertes Alu ist natürlich sehr fest, aber, wie Du schon schreibst, korrosionsanfällig. In Salzwasser würde ich sowas niemals verwenden, in Süßwasser ist Korrosion wahrscheinlich vorhanden, aber akzeptabel.

Ich selber habe das Schwert an meinem Jollenkreuzer aus AlMg 4,5 oder ähnlich (ich weiß nicht mehr genau, welchen Legierungsanteil an Mg). Jedenfalls gelten die AlMg-Legierungen als relativ seewasserbeständig. Die Festigkeit ist ebenfalls relativ gut. In Süßwasser gibt es überhaupt keine Probleme, Im Salzwasser habe ich keine (bzw. nur kurzzeitige) Erfahrung.

Bei der Schratz schätze ich mal, dass die Dicke vielleicht 6 mm sein sollte (ist ja kein langes, schlankes Schwert)

Klaus
André bauer
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Re: Material für Aluschwert Jolle

Beitrag von André bauer » Di 16. Apr 2013, 16:35

Moin,
Al Mg 4,5 Mn hat eine Festigkeit von 125-190N/mm2 bis zur Dehngrenze (ab da plastische Verformung)
Es wird auch EN AW-5083 genannt nach den neuen EU Normen und wird im Schiffbau verwendet, auch für Rümpfe und alles Andere.
Al Mg Si 1 wird für Profile verwendet, weil es die in 4,5 Mn nicht gibt.

Baustahl (St37-2) liegt bei 185-355 N/mm2, daher müßte die Dicke entsprechend der Festigkeit umgerechnet werden
und dann geprüft werden, ob das dickere Aluschwert noch in den Kasten passen würde.

Beispiel für stark vereinfachte Rechnung:
Stahlschwert 8x300mm, Länge 300mm bleibt,
Aluschwert => 185/125=1,48 = Verhältnis Festigkeit Stahl/Alu =>8x1,48= 11,48 ~ 12mm

Gewicht: 1,500x0,300x0,008m x 7850 kg/m3 = 0,02826 t => 28,26kg in Stahl
1,5x0,3x0,012m x 2660 kg/m3 = 0,014364 t => 14,36 kg in Alu

Wenn's nicht passt gibts auch Alustar, ein hochfestes Alu mit einer Festigkeit von 270N/mm2 bis 20mm Stärke.
Damit ist die Stärke gleich der von Stahl oder dünner, Gewicht ist gleich mit Standardalu.

Ein Betrieb, der auch Wasserstrahl- oder Laserbrennteile an privat verkauft, vorzugsweise in Werftennähe könnte das Material da haben.
Oder in einer Werft ein rechteckiges Blech anfragen, 4,5 Mn sollte man überall bekommen.
A&R verarbeitet viel Alustar... Ob die so einen Kleinauftrag bearbeiten, bezweifle ich aber.

Und Aluyachten fahren auch in Salzwasser komplett ohne Beschichtung (Antifouling unter Wasser ausgenommen)
Ist allerdings ein spezielles galvanisches Thema mit viel Potenzial im wörtlichen Sinn...
Wenn man es richtig macht funktionierts auch. :-)
Beschichtung von Alu ist ebenso speziell, nur mit korrekt vorbehandelter Oberfläche und dem richtigem Primer hält die Farbe!

Gruß,
André
Gruß,
André

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Martin Lamprecht
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Re: Material für Aluschwert Jolle

Beitrag von Martin Lamprecht » Di 16. Apr 2013, 18:53

Moin,

Ganz so einfach ist es nicht. Andrés lineare Umrechnung der Dicke würde
voraussetzen, daß die Festigkeit des Schwertes proportional zur Dicke ist.

Bei einfacher Balkentheorie gilt für die maximale Spannung sigma:

sigma = M / W

Dabei ist M das örtliche Biegemoment und W das sogenannte Widerstandsmoment
des Querschnittes.

Umstellen der obigen Gleichung ergibt das maximal erlaubte Biegemoment M_max
in Abhängigkeit der für das Material zulässigen Spannung sigma_zul:

M_max = sigma_zul * W

Bei einem Rechteck-Querschnitt mit der Breite b und der Dicke t
ist das Widerstandsmoment

W = 1/6 * b * t²

Oben einsetzen ergibt:

M_max = sigma_zul * 1/6 * b * t²

Das Alu-Schwert soll die gleiche Belastung aushalten wie das aus Stahl.
Also ist:

M_max = sigma_zul_stahl * 1/6 * b * t_stahl² = sigma_zul_alu * 1/6 * b * t_alu²

Da die Breite b bei beiden Varianten gleich ist, kann dieser Faktor
genauso wie das 1/6 gekürzt werden. Es bleibt übrig:

sigma_zul_stahl * t_stahl² = sigma_zul_alu * t_alu²

Etwas umsortieren:

t_alu² = t_stahl² * sigma_zul_stahl / sigma_zul_alu

Mit sqrt() als Abkürzung für Quadratwurzel bekommt man endlich:

t_alu = t_stahl * sqrt (sigma_zul_stahl / sigma_zul_alu)

Mit den Zahlen von André ergibt sich also beispielsweise für das
Stahlschwert mit 8mm Dicke ein Aluschwert mit einer Dicke von

t_alu = 8,0mm * sqrt (185/125) = 9,73mm --> 10mm

Der Wert von 12mm nach Andrés Rechnung liegt also auf der "sicheren Seite".
Aber die Forumsbeiträge bleiben hier ja lange stehen und bei nächster
Gelegenheit rechnet jemand womöglich umgekehrt von Alu auf Stahl um
und wundert sich dann über Schäden. Deshalb wollte ich das hier nicht
unkommentiert stehen lassen.

Strenggenommen gilt diese ganze Rechnerei nur für einen rechteckigen
Querschnitt. Aber die Verhältnisse dürften sehr ähnlich sein, wenn die
Dickenunterschiede nicht zu gravierend sind und beide Schwerter
ähnlich profiliert sind.

Aus hydrodynamischen Gründen würde ich das Schwert möglichst dick
machen (so daß es gerade noch in den Schwertkasten passt)
--- und dann vernünftig profilieren.

@ Rainer: Da ich gerade im Klugscheiß-Modus bin: Das Schwert hat zwei
Seiten, die beide naß werden. Ohne Profilierung an Ein- und Austrittskannte
und sonstige Abrundungen komme ich bei 60 cm Breite und 80 cm Länge
außerhalb des Rumpfes auf eine benetzte Fläche von

S = 2 * 0.6m * 0.8m = 0.96m²

(nix für ungut...)
Bries

Re: Material für Aluschwert Jolle

Beitrag von Bries » Di 16. Apr 2013, 21:47

Oh Martin ,

wenn ich schwert whaere , wurde mich nicht einmal ins wasser trauen mit al diesen formeln .

Nur so als jux
m fr gr Georg Fongers.
André bauer
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Re: Material für Aluschwert Jolle

Beitrag von André bauer » Mi 17. Apr 2013, 00:06

Hallo,
eben aus dem Grund habe ich die einfache Variante gewählt...
Habe allerdings auch nicht gedacht, das der Unterschied 2 mm sein könnte.
Das der Ansatz stark vereinfacht ist, hatte ich geschrieben, das er auf der sicheren Seite liegt war mir klar.
Nicht alle können das eben nachvollziehen.

Gruß,
André
Gruß,
André

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helmsman-2

Re: Material für Aluschwert Jolle

Beitrag von helmsman-2 » Mi 17. Apr 2013, 12:17

Nur mal interessehalber: Wie dick ist denn das Original Stahlschwert?

Klaus
nvonholdt

Re: Material für Aluschwert Jolle

Beitrag von nvonholdt » Mi 17. Apr 2013, 15:04

Guten Tag,
ich mag nicht so gern auf den "Aluschwert" Zug aufspringen und stelle mal einige Gedanken in den Raum:
es gibt wohl keine Klassenvorschriften mehr.
Jedoch kann ich mir vorstellen, daß ein Stahlschwert mit festen Abmaßen vorgeschrieben war.
Um das Korrosionsproblem in den Griff zu bekommen, könnte man auf ein Edelstahlschwert ausweichen.
Gegen ein "sauschweres" Stahlschwert (ca 22kg) spricht doch eigentlich nichts. Es liegt doch unterhalb des Metazentums.

Viele Grüße

N.von Holdt
Rainer Enßlin
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Re: Material für Aluschwert Jolle

Beitrag von Rainer Enßlin » Fr 19. Apr 2013, 16:03

Wow,
ich bin wirklich beeindruckt. Zwar akademisch und gar naturwissenschaftlich vorgebildet, bleibt mir wirklich nur: Hut ab!

Leider hatte ich es nie mit Mathe und Physik, aber das ist ja nun mein Problem. Danke auf jeden Fall für das Engagement - nein, nicht ironisch gemeint!

Also, der Wunsch zur Gewichtsersparnis kommt u.a. daher, das mein Böötchen durch viele selbst erledigte und unprofessionelle Reparaturen bald 80 kg mehr wiegt, als vergleichbare Schratzen. Und bevor ich jetzt die ganze Bodenbeplankung wieder raus reiße, weil ich vor 20 Jahren nicht wusste, was gabun ist, und man auch Teile verleimen und nicht unbedingt doppeln muss, ist eine Ersparnis über ein ohnehin zu erneuerndes, weil rostzerfressenes Schwert doch ganz legitim...

Mein Schwert mit der doppelt benetzten Fläche - Martin, ich meinte natürlich die zur Stärkenabschätzung funktionale, dem lateraldruck ausgesetzte Fläche, weil sonst müsste man ja noch die Fläche im Schwertkasten bis zur WL und die umlaufende kante hinzuzählen, gell? - also das ist 6 mm dick. Aber mein Vater hatte es in den 60ern schon einmal im Gewitter verloren und es ist ein selbst gefertigter Ersatz. Ein anderer mir bekannter Schratz hat 5 mm.

Bleibt also die Frage, ob jemand Erfahrung mit einem 6-oder 7-mm Aluschwert auf einer vergleichbaren Jolle (Sharpie, H-, M-, N-, z-Jolle, Zugvogel etc) hat,oder ob sowas schon mal jemandem abgeknickt ist. Dicker geht auf jeden fall nicht in den Kasten, da die haltvorrichtung seitlich noch aufträgt (ist von oben eingehängt).
Ich werde mal versuchen, die Rechung von Martin am WE nachzuvollziehen.
Erstmal vielen Dank, Rainer
Dateianhänge
schratzschwert5_3402.jpg
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Rainer
manfjacob

Re: Material für Aluschwert Jolle

Beitrag von manfjacob » Sa 20. Apr 2013, 23:02

Moin Rainer,
auf der J-Jolle haben wir traditionel 8 mm Eisen. Seit 20 Jahren ist auch 10 mm Alu erlaubt.
Was das Gewicht anbelangt würde ich es so leicht wie mögich bauen.
Die Jolle soll man gerade segeln. Ballast unter dem Lateralschwerpunkt sorgt für keine zusätzliche Stabilität, sondern bremst nur.
Ahoi
Manfred
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