Ultraleichter CFK-Träger für Luftschiff

Frage an die Experten hier:

Im Zuge meines Luftschiffprojektes (halbstarr, siehe: http://www.rc-network.de/forum/showthread.php?t=85514 ) will ich einen leichten (aber dennoch biege- und verdrehsteifen) ca. 2500mm langen Längsträger anfertigen. Und zwar aus CFK-Rohren+Stäben. Nach folgendem Prinzip:


Quelle: http://www.ltt-versand.de/shop/trisystem-pst3000-3punkt-traverse-p-2721.html

Mein derzeitiger Favorit (Idee) ist die 11g schweren und 825mm langen Rohre (siehe: http://webshop.chill-out.org/index.html?lang=de&target=d25.html ) mit einem saugend passenden 6mm Rundbalsakern zu füttern, mit Hilfe einer Bohrschablone Bohrungen zu setzen und 2mm voll-CFK-Stäbe einzukleben (zuerst mit dünnem, dann mit mittelflüssigem Sekundenkleber "vermuffen") ...

Natürlich stehe ich weiteren Vorschlägen offen gegenüber, wie würdet Ihr die CFK-Rohre mit den CFK-Stäben verbinden?


Schon mal Danke im Voraus und Grüße

Spunki

Trägerauslegung

Trägerauslegung

Hallo Spunki

Ich glaube, man könnte denn Träger wesentlich einfacher und wahrscheinlich auch leichter herstellen.

1. mit einem heissen Draht einen Styropor-Stab mit ca. 50mm Durchmesser aus einer Platte rausschneiden.
2. Kohlerovings mit Harz tränken und mit einem Gummiroller das überflüssige Harz wieder rausquetschen.
3. Einige harzgetränkte Kohlenrovinge entsprechen den Biegekräften, also wahrscheinlich oben und unten auf den Styropor-Stab längs auflegen.
4. Weitere Kohlerovinge mit einem Winkel von +/- 45° um den den Styropor-Stab wickeln
5. Aushärten lassen
6. Den Styropor-Kern aus dem Roving Träger rauspopeln.

Fertig ist der Träger!

Ich würde die Strukturen nicht schädigen, indem Du die Fasern verletzt.

Schau mal hier: http://www.schuetze-staebe.de/

Da gibt´s schöne Beispiele für so etwas



CA ist klasse zur Verklebung geeignet!

Hallo,

die Stabkonstruktion beult aber nicht so leicht.

Absoluter Spezialist für diese Bauweise ist Franz Schmid. Dabei kommt es
an den Kontenstellen auf die Wickeltechnik und den richtigen Sekundenkleber an.

Frag ihn einfach direkt.

Hans

Tensairity

Tensairity

Gerade eben beim absenden des letzten Beitrags hatte ich eine weitere Idee:
Hast du schon mal was von der Tensairity-Bauweise gehört?

Das funktioniert folgendermassen:

1. Man nimmt einen Folienschlauch und setzt ihn unter Innendruck.
2. Mit Doppelklebeband aus dem Industriebereich (damits auch eine Weile hält) klebt man oben und unten auf den Folienschlauch dünne CFK-Bänder auf.

Fertig!
->Biegesteifigkeit ist gegeben durch den Sandwichartigen Aufbau (Leichter Kern, Zug- und Druckelemente ganz aussen).
->Schubsteifigkeit für Torsionsbelastung ist gegeben durch die möglichst Schubsteife Membran des Schlauches. (Also kein Gummischlauch verwenden, sondern z.B. Kondensator-Folie)

Weiterer Vorteil der Bauweise: lässt man die Luft raus und sind die CFK-Bänder genügen dünn, kann man den Träger ganz einfach aufrollen. -> Transportfreundlichkeit lässt grüssen bei einem 2.5m langen starren Träger.

Zum Beweis, dass das ganze funktioniert:
http://www.empa.ch/plugin/template/empa/1042/*/---/l=1 (p.s. mein Arbeitgeber, hab zum Thema eine Forschungsarbeit geschrieben)
http://www.prospective-concepts.ch/html/site_d.html

Egal was du schlussendlich machst:
Wie Gideon gesagt hat, auf keinen Fall in die Rohre bohren, weil du dadurch den Kraftfluss durch die Fasern unterbrichst. Wickeln ist da schon viel freundlicher für die die Fasern, aber immer noch extrem aufwendig oder neudeutsch aufwändig.

CFK-Rohr mit CFK-Stab verbinden ...

CFK-Rohr mit CFK-Stab verbinden ...

Vielen Dank Jungs für die vielen Vorschläge und Anregungen, ich werde mir das Ganze nochmals durch den Kopf gehen lassen ...

Natürlich tuts mir weh den Faserverlauf durch eine Bohrung zu unterbrechen. Deswegen frag ich ja auch hier. Auf der anderen Seite erhoffe ich mir durch den örtlich verfestigten Balsakern (im Bereich der Bohrung zwangsläufig durch den dünnflüssigem Sekundenkleber beim Einkleben der Querverstrebungen) und einer abschließenden Hohlkehle (aus mittelflüssigem Sekundenkleber) eine gewisse Sicherheit. Bitte nicht vergessen dass die Kräfte nicht sehr groß ausfallen werden (quasi Flächenlast, Träger hängt über die ganze Länge an etlichen Gurten unterhalb des Auftriebskörpers). Die gesamte Masse des Luftschiffs wird dabei 1.8kg kaum überschreiten (sonst schwebt es nicht). Lediglich halbwegs biege- und verwindungssteif sollte der Träger sein um dem Luftschiff Form zu geben, Antriebseinheiten (Motoren), Leitwerk und den 600g schweren Camcorder tragen zu können ...

Wie auch immer, am besten würden mir derartige Rohr-Verbinder gefallen, gibt es die fertig zu kaufen?, in passenden Dimensionen?, falls nicht wie und aus was könnte man die relativ einfach selbst herstellen?


Quelle: http://www.schuetze-staebe.de


Danke und Grüße

Spunki

Auf welche Streckengewichte kommt Stefan (?) Dolch mit seinen selbstgewickelten? (Ich meine, das müsste deutlich tiefer als 12 g / m sein.) Da hättest Du den Vorteil, dass Du für die Streben den Faserverbund beim Laminieren gleich aufdornen könntest.

Sky Shark Rohre ...

Sky Shark Rohre ...

Das zylindrische "Sky Shark P2" Rohr wiegt 12,5g/m. Gibts fertig zu kaufen. Darunter wirds bestimmt schwierig. Ich behaupte mal ich persönlich könnte kein leichteres anfertigen, bei identer Festigkeit/Steifigkeit. Mal abgesehen von der Harzpanscherei, da überlasse ich die Rohrherstellung lieber den Profis ...

Jetzt brauch ich nur mehr obige Verbinder. Oder ähnliche. Verbindung durch "Umwickeln" ist so eine Sache. Mir fehlt das Know-how dazu und es soll ja dann auch optisch was gleichschauen, nicht etwa wie ein zusammengeschnürtes Fachwerk aus der Serie "Fred Feuerstein"


Danke und Grüße

Spunki

Spunki schrieb:

...und es soll ja dann auch optisch was gleichschauen, nicht etwa wie ein zusammengeschnürtes Fachwerk aus der Serie "Fred Feuerstein" ...

Zum Vergrößern anklicken....

Axo, der Träger ist extern unter dem Schiff. Dachte an etwas internes. (So Stil Rückgrat)

Evtl. sind die guten alten Eckverstärkungen aus Balsaresten die einfachste Knotenverstärkung. Wobei in so einem Fachwerk Biegeversteifung eigentlich zweitrangig ist (erhöht halt etwas die Knickfestigkeit der Streben.) Hauptrolle der Knotenverstärkung ist Vergrösserung der Klebefläche und damit Schubverstärkung.

Spunki schrieb:

Bitte nicht vergessen dass die Kräfte nicht sehr groß ausfallen werden (quasi Flächenlast, Träger hängt über die ganze Länge an etlichen Gurten unterhalb des Auftriebskörpers). Die gesamte Masse des Luftschiffs wird dabei 1.8kg kaum überschreiten (sonst schwebt es nicht). Lediglich halbwegs biege- und verwindungssteif sollte der Träger sein um dem Luftschiff Form zu geben, Antriebseinheiten (Motoren), Leitwerk und den 600g schweren Camcorder tragen zu können ...

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Also aus dem Bauch heraus würde ich mal behaupten, dass dafür ein solcher Fachwerkträger mächtig oversized ist.

Mach dir auch Gedanken über die auftretenden Lasten und ggf. Steifigkeitsanforderungen, bevor du dich auf ein Konstruktionsprinzip festlegst.

Geh ich richtig in der Annahme, dass sich die 12.5g/m auf einen Gurt des ganzen Trägers beziehen. Dass würde ja dann bedeuten, dass der ganze Träger 3 x 12.5g/m + min. 10g/m für Verstrebungen und Verbindungen = 47.5g/m wiegt.

Da kannst du ja gleich ein CFK-UltraSuperLite Prepreg-Wickelrohr-Rohr mit 21mm Aussendurchmesser und 20mm Innendurchmesser nehmen. Das wiegt 46g/m.
Da musst du nichts bohren, kleben, wickeln, usw.
Gibts in der Schweiz zu kaufen bei http://www.swiss-composite.ch/. In Deutschland wird's da sicher auch einen Anbieter geben.

Wobei ich immer noch überzeugt bin, dass man das selbst gewickelte Rohr leichter hinkriegt. Denn grösserer Durchmesser bei gleicher Menge Material gleich grössere Biege- und Torsionssteifigkeit. Leider gibts solche dünnwandigen Rohre nicht zu kaufen, weil die Nachfrage für superleichte CFK-Halbzeuge einfach zu klein ist.

Yeti schrieb:

Also aus dem Bauch heraus würde ich mal behaupten, dass dafür ein solcher Fachwerkträger mächtig oversized ist.

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Oder im Umkehrschluss weniger hochfeste und einfacher zu verarbeitende Werkstoffe zur Anwendung kommen können (Balsa). Ist aber definitiv nicht so sexy wie Karbon...

MarkusN schrieb:

Oder im Umkehrschluss weniger hochfeste und einfacher zu verarbeitende Werkstoffe zur Anwendung kommen können (Balsa). Ist aber definitiv nicht so sexy wie Karbon...

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Man muss halt Prioritäten setzen: Soll es so leicht wie möglich sein? Oder einfach in der Herstellung? Oder leicht und trotzdem nicht zu teuer? Oder soll es aus CfK-Rohren sein?

Fachwerkträger oversized ...

Fachwerkträger oversized ...

@FuniCapi, stimmt, Deine Rechnung ist richtig, so ein Fachwerksträger würde dann auf knapp 50g/m kommen ...

Aber Ihr habt recht, ein einzelnes CFK-Rohr tuts vermutlich auch, besten Dank für den Hinweis mit den ultraleichten Prepreg-Wickel-Rohren!, kannte ich nicht, werd mal dahingegend gucken ...

So soll das Ganze dann in etwa aussehen:



Wie man sehen kann will ich an der filigranen Hülle selbst nichts befestigen, zu labbrig und bei etwas Gasverlust bereits nicht mehr formstabil. Weiters, im Falle eines Hüllenschadens (Leck) kann ich diese dadurch rasch austauschen: neuen Foliensack an beiden Enden abbinden, in die Haltegurten stecken, mit Helium aufblasen, fertig!

Und die starre Unterkonstruktion (Träger) ermöglicht mir dann je nach Erfordernissen (wie z.B. Schwerpunkt) die Komponenten nach Belieben anzubringen: Vortriebs- und Hubtriebwerke, Akkus, starres Leitwerk, Nutzlast (Camcorder), usw. ...

Mal sehen was es letzendlich wird ...


Nochmals Danke und Grüße

Spunki

PS: @Yeti

>>Man muss halt Prioritäten setzen: Soll es so leicht wie möglich sein? Oder einfach in der Herstellung? Oder leicht und trotzdem nicht zu teuer? Oder soll es aus CfK-Rohren sein?<<

Am besten alles auf einmal!
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Hi Spunki,

wie wäre es folgendermaßen:

mach nen Styro-kern, egal ob rund oder quadratisch, und zieh einen CFK-Schlauch drüber. Harz drauf, das überschüssige Harz abtupfen, den Schlauch unter Zug aushärten lassen.

wenn alles hart ist, löst Du mit Aceton das Styro wieder raus. Das ergebnis ist ein tolles Fachwerk-Rohr

Kuni

Genau, die Idee von Kuni finde ich prima.
Aber ein Rohr von größerem dreieckigem Querschnitt, aus dem dann wieder dreieckige Ausnehmungen herausgedremelt werden.
Bis ein filigranes Fachwerk entsteht, das sehr leicht und trotzdem stabil genug sein müßte.
Gruß
Dieter