Kohlefaser und Laminataufbau bei RG65: Mythen und Fakten

[Roland K.]

Viele Vorurteile geistern durch die Modellwelt. Eins davon ist: Kohle ist besser!

Gerade neulich am Wasser präsentierte ein neuer RG Besitzer stolz sein Boot; wichtig war v.a.: ist aus Kohle!. Riss etc kamen erst an zweiter Stelle. So geht es vielen, Hauptsache CFK dann ist es High Tech und gut. Dabei ist das häufig Quatsch. Sinn macht Kohle nur wenn es auch seinen Eigenschaften entsprechend eingesetzt wird. Eine Frage im MaLi Thread diezu diesem text geführt hat war: würde nicht auch eine Lage 93er Kohle plus 2x25 Glas reichen? Macht doch sonst keinen Sinn weil man das gleiche Gewicht doch auch billiger mit Glas erreichen kann? Kurz gesagt ja so ist es, man kriegt das gleiche genauso gut mit Glas hin und es ist billiger!
Um das Ganze zu verstehen muss man einen kleinen Ausflug in die Welt der Laminate machen (Vorsicht: auch bei mir gefährliches Halbwissen, beruht zum Teil auf Erfahrung, zum größeren Teil ist es aber angelesen. Besonders die technischen Termini wie z.B. Festigkeit, Steifigkeit etc. benutze ich eindeutig nicht immer in ihrem genauen Sinn, meist benutze ich daher vereinfachend das einfachere wenn auch unexakte: Stabil).

1. Zug/Druckfestigkeit

Hier können wir ganz kurz verweilen. Ist eigentlich uninteressant. Laminate haben ihre Stärke immer in Faserrichtung. Hier sind wir bei RG65 sicher weit überdimensioniert. Ich wüsste von keiner RG die auf dem Wasser zerbrochen ist etc. Also aus reiner Festigkeit könnte man die Laminate sicher noch dünner machen, hier würde sicher auch die angesprochene 93er Kohle völlig ausreichen. Seine Vorteile kann Kohle v.a. dann ausspielen wenn eine hohe Zug/Druckfestigkeit gebraucht wird. Dann ist es auch sinnvoll einen hohen Anteil von Fasern zu haben und möglichst wenig Harz weil Harz kaum zur Stabilität beiträgt

2. Beulsteifigkeit

Das ist das eigentliche Problem. Beulsteifigkeit, der Rumpf wenn man ihn anfasst und etwas drückt. Leichte Rümpfe sind hier häufig „wabbelig“ lassen sich eindrücken und ploppen hin und her. In dieser Hinsicht sind die Rümpfe viel empfindliche als bei der Zug/Druckfestigkeit. Ist ja auch kein Wunder: s.o. es liegen ja praktische keine Fasern in Richtung der Kraft wenn der Druck von der Seite kommt.
Grenzwertige Rümpfe gibt es sicher die sich wabbelig anfühlen, auf dem Wasser aber ausreichend sind. Die Grenze ist aber überschritten wenn sich der Rumpf im Wasser verformt oder sogar hin und her ploppt. Dann ist ersten das Rumpfdesign hinfällig und zweitens wird’s auch gefährlich. Beim hin und her Ploppen entstehen nämlich Knicke und die mag das Laminat gar nicht.
Mehr Beulsteifigkeit gibt’s aber nur durch eine größere Schichtdicke. Dabei ist es für die Stabilität fast egal woraus das ganze besteht, Harz oder Fasern. Vom Gewicht her aber nicht, dazu muss man sich mal die Dichte der Materialien ansehen
Epoxydharz ca. 1.1 g/cm³
Aramid ca. 1,44 g/cm³
Kohle ca. 1,78 g/cm³
Glas ca. 2,55 g/cm³
Je geringer die Dichte umso dicker ist das ganze bei gleichem Gewicht. Im Sinne der Beulsteifigkeit wäre also ein hoher Harzanteil wieder gut, genau das was man z.B. beim Vacuumverfahren vermeiden will, hier wird ja möglichst viel Harz rausgezogen. Bei auf Zug belasteten Bauteilen macht so was auch Sinn, Beispiele bei uns wären z.B. Topausleger oder Schwert.
Genau das habe ich gerade praktisch erfahren und war auch der Grund das ich mal nachgeforscht habe: 2 Rümpfe aus 160er Gewebe habe ich im Vacuumverfahren gebaut. Beide sicher lässig fest genug aber ziemlich wabbelig. Das kenne ich so von den anderen Rümpfen die ich aus dem gleichen Gewebe „normal“ laminiert habe nicht, die waren Bocksteif. Also ganz klar, viel Harz abgesaugt und auch noch durch das Vacuum das Laminat richtig schön plattgedrückt ergibt ein sehr dünnes Bauteil. Passt also soweit zusammen.

Maßnahmen:
Was kann man also machen um das ganze wieder dicker zu kriegen? Wenn ich beim Vacuum bleiben will muss ich natürlich mehr Gewebe nehmen, das Harz wird ja nun mal wieder rausgesaugt. Egal ob bei Glas oder Kohle das Gewicht geht dann aber im Vergleich zu einem Laminat mit gleicher Schichtdicke, das Harzreich laminiert ist nach oben. Klar, es gibt auch Vorteile: das Gewebereiche Vacuumlaminat ist deutlich stabiler in Zug und Druckrichtung. Nur bei uns eben eigentlich gar nicht nötig. Schadet natürlich nicht aber ist eben teurer v.a. bei Anwendung von CFK.
Kleine Unterscheide im Endgewicht sind sicher da, letztlich erzielt man aber mit normalem Laminieren und Glasgewebe ähnlich gute Ergebnisse. Wenn die ersten Versuche zu schwer werden liegt das daran das natürlich auch beim Handlaminieren recht wenig Harz verwendet werden soll. Das ist eben Übungssache da die richtige Mischung zu treffen, dem Anfänger kann man auf jeden Fall empfehlen eher dünnere Gewebe zu nehmen, der Harzüberschuss ist am Anfang von ganz alleine da.

Jetzt könnte man natürlich sagen man kann doch einfach wenig Kohle nehmen, an der Grenze zum sinnvollen und die Dicke über das Epoxi machen? Wäre sicher denkbar, nur wie kriegt man das Epoxid denn überhaupt so dick wenn da nur eine Lage Gewebe ist? Ist sicher leichter bei mehreren Lagen oder bei dickem Gewebe wo das Epoxid einfach die Zwischenräume füllt. Eine Idee ist mir aber bei dem ganzen doch gekommen: meine Form ist ja eh nicht so doll, eine dicke Aussenschicht als Schleifreserve ist da ganz gut weil immer was korrigiert werden muss. Ich wird also parallel zum Ausbau des neuen Boote nochmal nen neuen Rumpf probieren: 2-3 Schichten Gelcoat, dann eine Lage 93 er Kohle mit kleiner Verstärkung im Kielbereich. Mal sehen wo so eine Schale landet.
Zum Laminatthema gibt’s natürlich noch mehr zu sagen, wer aufmerksam gelesen hat Weiß nun z.B. wo der Sinn von Sandwichbauteilen ist, auch zu Balsaholz gibt’s noch ein paar Interessante Aspekte. Auch die Konstruktion spielt eine Rolle, MaLi hat z.B. eine speziell auf die Beulsteifigkeit optimierte Bugsektion, aber dazu vielleicht später mehr...

[haegar]

Hallo, Roland,
bin im Grundsatz weitgehend einverstanden, aber:
Druck können die Fasern alle nicht ab! Kohle ist extrem zugstabil, ist sehr biegensteif, mag dafür Biegung aber dann auch gar nicht, Kevlar kann gut Biegung ab (wird ja auch in kugelsicheren Westen verbaut), Glas kann beides leidlich ab, bricht bei häufigem Biegen aber auch (daher werden große, leichte Boote im Laufe der Zeit gern weich).

Druck (In Faserlängsrichtung) wird im Wesentlichen von der (spröden) Harzmatrix aufgenommen. Das geht so lange gut, bis der Rumpf wegbeult, dann zählt wieder die Beulsteifigkeit. Die ist bei Kohle deutlich besser als bei Glas oder Kevlar. Wenn ein Kohlerumpf aber wegbeult, dann bricht die Faser leicht.

Eine dicke Harzschicht nutzt somit eigentlich gar nichts und bringt nur Gewicht, auch wenn sich das Laminat subjektiv steifer anfühlt. Kommt es wirlich zur Belastung, ist sie nur druckstabiler. Im Hinblick auf das Beulen bringt eine dicke Gelcoatschicht nur geringfügige Verbesserung, dafür besteht aber die Gefahr, dass das Gelcoat bei einer Kollision wegplatzt. Ein dünnes Laminat ist dagegen rel. unempfindlich gegen Biegung (solange die Faser nicht überstrapaziert wird), weil die Last primär von der Faser aufgenommen wird. Es ist ja kaum sprödes Harz da.

Gelcoat ist nur für die Optik. Will man den Rumpf beulsteifer haben, muss mehr Faser rein (=Laminat dicker) oder man muss einen Sandwich bauen. In kritischen Bereichen eine dünne Airex-Lage als Kern bringt hier einiges, funktioniert aber nur in halbwegs ebene Bereichen bei uns vernünftig. Das ist damit aber nur bei Decks sinnvoll möglich. Von NOMEX Waben wird abgeraten, weil die im Laufe der Zeit signifikant Wasser aufnehmen (oder man braucht absolut dichte (also dicke) Deckschichten.

Selbst "wabbelige" Rümpfe sind in der Regel aber so stabil, dass beim Segeln nichts passiert. Auch ein Rumpf aus 2x105er Glas dellt sich bein Anfassen noch spürbar ein, segelt aber excellent. Und es geht wirklich viel leichter.

1x93er Kohle und 1x49er Glas ist nach meiner Erfahrung weniger wabbelig als ein Rumpf aus 2x 80er Glas (Kohle ist halt steifer), ist aber leichter. Und 2x 80er Glas ist stabil genug.

[Roland K.]

Das 25er Glas sch... zu verarbeiten ist stimmt, das hat schon was von Meditation das blasenfrei einzulegen.

Wofür ist bei Dir dann das 49er Glas? Zum Dichtmachen des Rumpfes? Die Kräfte nimmt da ja wohl alleine die Kohle auf, zumindest gibt das Glas als 49 er deutlich früher auf.
Jetzt mal Kosten beiseite, sinnvoller wäre es doch dann nochmal Kohle (dünnstes was ich kenne ist 65er) oder sogar Aramid (36 er) zu nehmen? (auch mal beiseite gelassen das sich das Aramid besch... schneiden lässt).

Aber wie gesagt, selbst ein Rumpf mit 160er Hohlglas den ich hierhabe fühlt sich nicht "segelfähig an, werde das mal in der Badewanne testen ob sich der alleine vom Wasser schon wegbeult.

[Admin1]

Servus Harzpanscher,
zu dem Thema kann ich auch noch ein paar Punkte zum besten geben.
Es wird glaub ich häufig übersehen das man GFK und CFK nicht einfach so vergleichen kann ..
Bei einigen Shops finden sich dazu Daten für das fertig Laminat..
Wenn ich nun ein 163er Glas mit (fast gleich schwerem) 160er Kohle -Gewebe vergleiche.
Erhalte ich ..
GFK = Harzverbrauch: 128 g/m², Laminatdicke: 0,179 mm, Laminatgewicht: 291 g/m²
CFK = Harzverbrauch: 184 g/m², Laminatdicke: 0,257 mm, Laminatgewicht: 344 g/m²
Trotz (fast) gleicher Grammatur des Gewebes ist mein CFK-Laminat am Ende gut 50g/m² schwerer!
Natürlich ist es auch deutlich stabiler. Wie Rohland oben schon aufgelistet hat ist CFK eben leichter als GFK, also ist eine CFK-Gewebe bei gleicher Grammatur etwas grober oder auch dicker und nimmt damit mehr Harz auf. Wenn man also einen geringeres Gewicht (bei vergleichbarer Festigkeit) erzielen will muss man das CFK entsprechend leichter wählen.
Ich würde ein grobes 163er Gewebe nicht mehr mit einem feinen 25er kombinieren weil sich das grobe Gewebe mit der Zeit auf der Oberfläche abzeichnet. (auch ein 49er erscheint mir da zu schwach) Noch schlimmer wird es wenn Du unterschiedliche Materialien - AFK, CFK, GFK - miteinander kombinierst .. wenn du hier eine zu dünne Deckschicht einbaust sieht man das immer auf der Oberfläche.
Überhaupt ist meine Erfahrung nach für unsere Dünnschichtlaminate besser mehrere Lagen dünnes Gewebe zu verwenden. Die meisten Rümpfe habe ich mit 3x 70g GFK gemacht und damit (für meinen Geschmack) den besten Kompromiss aus Festigkeit und Gewicht gefunden. Das Harz lässt sich einfärben so kann auch ohne Gelcoat auf eine Lackierung verzichtet werden.

JethRace6as.jpg

Also über den Daumen möchte ich sagen das man für eine RG so ca. 210g/m² (bei GFK) Gewebegewicht einplanen sollte. Also z.B. die oben angesprochenen 3x70er GFK. Ich hab auch mal einen Rumpf mit 1x 163er GFK + 1x49er GFK gemacht .. also ein ähnliches Gewebegewicht. Der Rumpf war 3g leichter aber deutlich labiler .. daher meine Einschätzung das mehrere dünne Lagen besser sind.
Wichtig ist auch darauf zu achten ein gutes Gewebe zu bekommen. Ich meine 80er Glas ist nicht gleich 80er Glas nur weil das Gewicht gleich ist .. da gibt es oft deutliche Unterschiede. Ich denke dicht gewebte Gewebe (nehmen weniger Harz auf) mit Finish (bessere Benetzung der Faser) sind am besten.

[Newnip]

Hi

Meine Gewebestrukturen sind wiefolgt:

Glasrumpf: 2x 80g + 1x 25g : Gewicht der Rümpfe 70-75g inkl. H-Teil Deck
Hybridrumpf: 1x 71g hybrid + 1x49g glass + 1x25g glass: Gewicht der Rümpfe: 55-60 g inkl. H-Teil Deck

Hybridgewebe ( Kevlar-Carbon) solltet ihr als alternative umebingt im Auge haben! Das Hybridgewebe kostet ca. die Hälfte vom vergleichbaren Carbongewebe!

Grüsse
Tobi

[Roland K.]

@ Tobi

Hybridgewebe finde ich auch Interessant.
Aber auch da stellt sich mir die Frage: ist diese Kombination mit den Glasgeweben sinnvoll und v.a. nötig?
25 er Glas trägt mal sicher nichts zur Festigkeit bei, das macht man ja eigentlich nur zum dichtkriegen oder um Pinholes zu vermeiden. Pinholes vermeided man aber am besten mit ner vernünftigen Deckschicht.
Ist übrigens egal ob pures Epoxi, angedicktes Epoxi oder Gelcoat, der Sinn ist ja immer nur eine Schicht erstmal fest werden zu lassen damit sich anschießend das Gewebe nicht bis zur Form durchdrückt.
Also ganz konkret: wäre es nicht sinnvoller einfach 2x das 71er Hybrid zu nehmen? Sollte ähnlich schwer werden aber stabiler?

@Andy: das mit den unterschiedlichen Harzverbräuchen ist Interessant aber!: Das sind ja irgendwelche Angaben. Hier ist viel entscheidender was jeder einzelne "Laminator" so erzielt, das hängt ganz viel von den Techniken, Erfahrung etc ab. Wenn ich eben z.B. das Carbon ins Vacuum packe kommt da sicher ein deutlich geringerer Harzanteil raus.
Oder :die Flieger empfehlen z.B. das Gewebe zu tränken und zwischen zwei Schichten Blumenfolie zu Walzen. Das schliesst zum einen die Lücken, die Fasern werden auseinandergespreizt, das Laminat dünner, kleinerer Harzanteil etc. Das alles auch ohne Vacuum. Mit Glas geht das in der Regel so nicht weil die Fasern verdrillt sind und sich nicht aufspreizen lassen.

[Henning D.]

ich mache immer glas drauf, weil ich gerne eine sichtstruktur habe. das glas kann ich leicht anschleifen und dann klar lackieren. das kann man ohne glas nicht, weil man sofort ins tragende gewebe sägt...

als aufbau verwende ich gerne 2x 80er textreme + 49er glas. das gibt einen recht festen rumpf. andererseits muß man aber in die diskussion die schiffsform auch mit einrechnen. je gerade die ebene, desto leichter beult die sich. meine erste hip hatte fast plane seite. das war eine katastrophe. bei jeder kollision hat man sich gefragt, ob das wohl hält. die neue hip hat das nicht. da ist die rumpfform an sich schon stabiler. dann kann man auch weiters noch cfk roving reinmachen, wenns an speziellen stelle härter werden soll.

[Admin1]

Servus,
das wird ja richtig interessant hier

@Roland
Die angaben hab ich von R&G die beziehen sich aufs Handlaminieren und sind wohl rechnerisch ermittelt.
Du hast natürlich recht, jeder Laminator wird hier andere Ergebnisse erzielen. Erst recht wenn Du mit Vacuum arbeitest wird das Laminat eine bessere Qualität erreichen. Absolut werden am Ende vielleicht andere Gewichte rauskommen, aber die Differenz zwischen beiden Beispielen wird wohl in etwa die selbe bleiben.
Das CFK-Gewebe ist nunmal etwas dicker ca. 0,8mm und nimmt damit deutlich mehr Harz auf .. das wirst Du im Vacuum auch nicht komplett verhindern können.

Dieses Textreme ist schon ein sehr interessantes Zeug .. wenn ich mal wieder eine Form habe möchte ich das auch gern mal probieren. Nicht (nur) wegen der Optik .. sondern weil es aufgrund der anderen Webart auch wirklich was bringt. Dazu nochmal der Vergleich von oben .. +Textreme

GFK = Harzverbrauch: 128 g/m², Laminatdicke: 0,179 mm, Laminatgewicht: 291 g/m²
CFK = Harzverbrauch: 184 g/m², Laminatdicke: 0,257 mm, Laminatgewicht: 344 g/m²
Textreme = Harzverbrauch: 115 g/m², Laminatdicke: 0,16 mm, Laminatgewicht: 275 g/m²

Wow wie gesagt alles Gewebe mit ca. 160g/m² Gewicht. Das sind schon erhebliche Unterschiede.

Ausserdem sollte man sich immer auch Gedanken machen wie das Bauteil belastet wird und dann versuchen die Fasern entsprechend auszurichten. Bei einem Schwert z.B. ist das ziemlich klar .. man möchte eine möglichst hohe Biegefestigkeit und eine gute Torsion. Also nach Möglichkeit alle Fasern in Längsrichtung (des Schwertes) ausrichten und am besten auch eine Lage BiDiagonalgewebe (+45/-45°) einbauen.
Bei einem herkömmlichen Gewebe laufen ja die Hälfte der Fasern im 90° Winkel ... bringen uns beim Schwert also überhaupt nichts. Mit anderen Worten die hälfte der teuren Kohlefasern die man hier einbaut bringen absolut gar nichts! Also sollte man hier besser ein UD-Gelege verwenden .. und das ist nebenbei auch noch billiger

[Roland K.]

Schöne Beispiele Andy, man sieht aber deutlich das die Laminatdicke immer weiter zurückgeht wenns leichter wird. Und besonders bei Carbon gibts eben ne menge möglichkeiten das noch Dünner zu walzen.

Hier mal ein Beispiel aus RCN, ein Bauthread über ein Flugzeug, kann ich nur empfehlen da stecken ne Menge Tipps drin die man auch bei Booten verwenden kann. Wenn der Link klappet ist das ein Photo wo man den Unterscheid von gewalztem zu nichtgewalztem Carbon sieht:
http://www.rc-network.de/forum/showthre ... post902787

Ich hab aber auch festgestellt das ich Gefühlsmässig recht hohe Ansprüche an die "labberigkeit" stelle. Ich hab ja noch einen Coriolisrumpf von Arne hier liegen. Die Dinger fahren ja in großen Stückzahlen rum ohne Probleme. Hätte ich den Rumpf aber selber gebaut wärs mir wohl zu labbereig, vielleicht muss ich die Ansprüche da mal zurückschrauben und dafür noch leichter bauen.

[haegar]

Hi,
von Roland kam weiter oben die Frage, warum Glas Kohle. Die Antwort ist banal ...

Erster Testrumpf 2x 93er Kohle - fast identisches Gewicht wie 2x 105er Glas (höhere Harzaufnahme von Kohle spielt bei dieser Grammatur offenbar keine wesentliche Rolle), sehr steife Schale. Ich wollte aber weniger Gewicht. Außerdem ist das dünnne Kohlegewebe unverschämt teuer.

Also beim nächsten Versuch nur 1 Lage Kohle und 1x 49er Glas - Billiger, leichter und mindestens genauso steif wie 2x 105er Glas. Die Neigung zu Pinholes ist auch geringer, als bei 2x Kohle. Nur eine Lage war mir wegen der im Vergleich zum Glas hohen "Löchrigkeit" der Kohle zur riskant ...
Wei Roland eben schon geschrieben hat, spreizen die Flieger die Fasern durch Walzen der getränkten Gewebe und bekommen damit ein dichteres Webbild und weniger Harzanteil. Das habe ich aber noch nicht ausprobiert.

Die Kohle habe ich übrigens direkt in die nasse Deckschicht aus angedickten Harz gelegt, nur leicht angetupft und darauf gewartet, dass sie sich aus der Deckschicht vollsaugt. Dann mit wenig neuem Harz das Glas in die Form. Geht prima, der Rumpf war auch ohne dicke Deckschicht dicht und die Optik stimt auch. Nur - und da hat Henning recht, viel Schleifen darf man an so einem Rumpf nicht. Man ist sonst sofort in der Kohle.

@Andy: Es gibt fast alle Gewebe auch im 45 Grad Anschnitt, damit läßt sich auch Gewebe ohne große Zuschnittverluste +- 45 Grad verarbeiten. Gelege hat den Vorteil, dass die Fasern geradlinig verlaufen. Weben führt immer zu "Dauerwellen", die die Festigkeit herabsetzen.