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Rückstellgeschwindigkeit Surfmasten Carbon gegen Glasfaser
 
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Epoxy Carbonara



Anmeldungsdatum: 06.05.2020
Beiträge: 4

Beitrag Epoxy Carbonara Verfasst am: 06. Mai 2020 23:42    Titel: Rückstellgeschwindigkeit Surfmasten Carbon gegen Glasfaser Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo an die Physikfreunde!

Erstmal kurz zum Hintergund meiner Frage:

Bei den Windsurf-Masten gibt es die Meinung mancher Surfer, dass ein Mast mit höherem Carbon-Anteil eine höhere ?Rückstellgeschwindigeit? hat, auch genannt ?Reflexverhalten?.

Die Frage: Kann das sein? Auch, wenn alle Parameter gleich sind außer dem Verhältnis von Glas zu Carbon? (wobei es versch. Wicklungen und Anordnungen von Glas und Carbon gibt)

Gleiche Parameter heißt auch gleiche ?Spannkraft? und gleiches Gewicht.




Folgendes ist gegeben:

- Angenommen ist ein jeweils gleiches Gewicht der Vergleichs-Masten.
- Die Härte ist ebenfalls gleich
(die Härte wird in ICMS angegeben und ergibt sich aus einer Testanordnung,wo der waagrechte Mast in der Mitte mit einem Gewicht belastet wird, die Durchbiegung wird dabei gemessen)
- Die Masten sind aus Epoxyd-Harz, Carbon- und Glasfaser gefertigt.

Zum ?Reflex?:

Das ?Rückstellverhalten? beschreibt, wie schnell der Mast aus einer Belastung (mit einem Segel und Wind) sich wieder in die Ausgangsposition zurückstellt. Die Ausgangsposition: Der Mast steckt in einem Segel und ist darin mit großem Druck vorgebogen)

Beispiel einer Versuchsanordnung:

Der Mast ist waagrecht eingespannt, am Top (Mastspitze) wird ein 10 KG schweres Gewicht festgeklebt. Dann wird das Top mit 30 kg nach unten gezogen (Seil mit Auslöser), dann plötzlich gelöst und die Zeit gemessen, die es zum ?Rückstellen? braucht.

Frage: Kann es da in der Zeit (0,01 Sekunde?? das wurde nie gemessen) signifikante Unterschiede geben, die man als Surfer bemerkt?

Vergleichsweise könnte man auch die Frage so stellen:

3 Bögen werden gespannt (Carbonbogen mit versch. Glasfaser Anteil) mit gleicher Kraft.
Fliegen die Pfeile unterschiedlich weit? Kann man das durch unterschiedliche Wicklungsrichtungen des Carbons oder Anordnung der Carbonfasern beeinflussen? Wie gesagt, die Kraft ist immer die gleiche und das Gewicht auch.




Ich hoffe, die Fragestellung ist klar und es findet sich jemand, den das ganze auch nur ein klein wenig interessiert :)

Vielen Dank im Voraus für eure Meinungen dazu!








Meine Ideen:
Es gibt auch oft die Meinung, dass sich der Reflex ergibt aus dem Verhältnis von Härte zum Gewicht. Also mehr Carbon = leichter = schnellere Rückstellung
Und das scheint mir der einzig richtige Ansatz.

Ich denke nicht, dass der Carbonfaser-Anteil signifikant ?schneller? wieder zurückstellt, so dass man das bemerken könnte.

Noch zur Herstellung:
Bei der Herstellung kann man die Härte des Mastes durch unterschiedliche Wicklung beeinflussen, je mehr Fasern in Längsrichtung sind, desto härter, grob gesagt.
Epoxy Carbonara



Anmeldungsdatum: 06.05.2020
Beiträge: 4

Beitrag Epoxy Carbonara Verfasst am: 28. Mai 2020 20:15    Titel: Meinungen? Antworten mit Zitat

Ich weiß nicht, ob ich nach 22 Tagen hier nachhaken darf? Vielleicht ist es untergegangen. Sorry, ich weiß nicht, wie das hier abläuft und wie gut besucht das Forum ist.
Würde mich über eine Meinung freuen. Thumbs up!
Frankx



Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 981

Beitrag Frankx Verfasst am: 29. Mai 2020 09:47    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Beispiel einer Versuchsanordnung:

Der Mast ist waagrecht eingespannt, am Top (Mastspitze) wird ein 10 KG schweres Gewicht festgeklebt. Dann wird das Top mit 30 kg nach unten gezogen (Seil mit Auslöser), dann plötzlich gelöst und die Zeit gemessen, die es zum ?Rückstellen? braucht.


Bei dieser Versuchsanordnung würde der Mast nach dem Lösen nicht einfach in seine Ruhelage zurückkehren, sondern eine freie, gedämpfte Schwingung ausführen.

Die Frequenz dieser Schwingung nennt man Eigenfrequenz und ist in erster Näherung, entgegen der Intuition, nicht von der vorausgegangenen Auslenkung, sondern vom Verhältnis der Steifigkeit zur Masse (und deren Verteilung) abhängig.
Das Abklingen dieser Schwingung ist von den Dämpfungswerten des Materials abhängig.

Setzt man voraus, dass beide Materialien bei gleicher Wickelgeometrie ähnliche Steifigkeiten erzeugen, wird die Eigenfrequenz des Carbonmastes höher sein, als die der Glasfaser, da Carbon eine geringere Dichte hat.

Höhere Eigenfrequenz bedeutet im Sprachgebrauch der Surfer also höhere Rückstellgeschwindigkeit.
Das ist jedoch nur eine allgemeine qualitative Aussage.

Für quantitative Aussagen reichen die Angaben nicht aus. Es wäre eine numerische Modellierung (z.B. FEM) notwendig. Diese wäre allerdings wahrscheinlich ebenfalls recht komplex, das die verwendeten Materialien anisotrop sind.

Einfacher wäre es eventuell die Werte (Frequenz der Eigenschwingung, Dämpfungskonstante) versuchstechnisch zu bestimmen.


.
Epoxy Carbonara



Anmeldungsdatum: 06.05.2020
Beiträge: 4

Beitrag Epoxy Carbonara Verfasst am: 10. Jun 2020 21:25    Titel: Vielen Dank Antworten mit Zitat

Vielen Dank für die Rückmeldung!

Leider gibt es eben keinen realen Versuchsaufbau. Mich interessieren die Unterschiede Carbon/Glasfaser in der Theorie.

Diesen Satz versteh ich nicht ganz:
„Setzt man voraus, dass beide Materialien bei gleicher Wickelgeometrie ähnliche Steifigkeiten erzeugen, wird die Eigenfrequenz des Carbonmastes höher sein, als die der Glasfaser, da Carbon eine geringere Dichte hat. “

Carbon hat eine geringere Dichte. Aber wir gehen ja von gleichem Gewicht des Mastes aus. Der Carbonmast wiegt das gleiche und ist auch exakt gleich „hart“.
Das ist möglich, wenn mehr Carbon oder Harz verarbeitet wird als im Glasfaster-Mast.

Die Frage ist, ob die Eigenfrequenz unter diesen Vorraussetzungen (gleich schwer und gleich steif bzw. hart) unterschiedlich ist?
Frankx



Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 981

Beitrag Frankx Verfasst am: 11. Jun 2020 08:38    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Die Frage ist, ob die Eigenfrequenz unter diesen Vorraussetzungen (gleich schwer und gleich steif bzw. hart) unterschiedlich ist?


Bei gleicher Steife und Masse (und Massenverteilung) ist die theoretische Eigenfrequenz und damit die Rückstellgeschwindigkeit identisch.

Zusätzlichen Einfluss auf die Rückstellgeschwindigkeit könnten noch die Dämpfungseigenschaften haben. Aber vermutlich sind die ebenfalls bei beiden Varianten sehr ähnlich.



.
Epoxy Carbonara



Anmeldungsdatum: 06.05.2020
Beiträge: 4

Beitrag Epoxy Carbonara Verfasst am: 11. Jun 2020 16:46    Titel: Vielen Dank Antworten mit Zitat

Ich danke für die Einschätzung. Ich vermute, dass die Dämpfung beim Gebrauch zum Großteil von Segel und Wind kommen und ein Unterschied im Material Carbon/Glas bezüglich Dämpfung , falls es den überhaupt geben sollte, in einem Bereich ist, der zu vernachlässigen ist bzw. den man als Surfer nicht wahrnehmen kann.

Mein Fazit: Unterschiede bemerkt kann man nur bei unterschiedlichen Gewichten oder Härte der Masten.
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