Faserverbund im Yachtbau

Faserverbundwerkstoffe im Yachtbau

  • Historie
    • 40 Jahre Serienyachtbau
      • 15-20 Jahre vorgeschaltete Entwicklungsphase
      • Materialien
        • Gelcoat
        • Polyesterharze
        • Glasfasermatten
    • 15 Jahre Yachtbau in FVW
      • 10 Jahre vorgeschaltete Entwicklungsphase
      • Materialien
        • Holz/Epoxy als Vorläufer der FVW Technologie
        • Holz/Harz/Sättigungstechnik, als Wood Epoxy Saturation Technik bekannt
        • Holz als struktureller Werkstoff, der logische Weg der Entwicklung
        • Epoxyharze
          • Naßlaminate
          • Vakuumlaminate
          • Prepregs
        • Vinylesterharze
        • Faserverstärkungsmaterial
          • Als Gewebe oder Gelege,
          • unidirektional,
          • multiaxial
          • E-Glas, S-Glas, R-Glas
          • Carbonfaser
          • Aramidfaser (Kevlar™)
    • Die Entwicklung im Zeitraffer
      • Admiral's Cup
      • America's Cup Klasse(IACC)
      • Offshore Motorbootrennen
  • Aktuelle Entwicklungen im Yachtbauy
  • Ausblicke

 

Holz/Epoxy Yacht, Bj: 1983 „Ran“, Werft: Wegener Jachtwerft GmbH, Design: Judel/Vrolijk

 

Holz/Epoxy Yacht, Bj: 2000 „Vanguard“, Werft: Janssen & Renkhoff, Design: M.O.von Ahlen

 

Die Entwicklung

  • Powerboot Rennen und große Regatten treiben die Entwicklung voran
  • ständige Suche nach Gewichtsreduzierung bei höheren Belastungen durch Rigg oder Motorkraft
  • Innovative Designer, Eigner und Rennteams treiben die Bootsbauer an.
  • Die Sicherheitszelle für Rennboote wurde in den frühen 80ern entwickelt
  • FVW sind seit Anfang der 80er Jahre im Admiral´s Cup nicht mehr wegzudenken

 

FVW sind seit 1987 im Admiral´s Cup führend

  • Revolutionär die dänische Flotte im Admiral´s Cup 1987
  • 1 Tonner, gebaut in der Negativform mit Gelcoat/Epoxy/Kohlefaser
  • 50 Füßer, gebaut in einem transportablem „Ofen“ (75°C) mit Prepregs über einen Block

 

1 Tonner, gebaut in der Negativform mit Gelcoat/Epoxy/Kohlefaser, Design: Niels Jeppesen

 

Die America´s Cup Klasse (IACC)

  • Wenig begrenzende Eckdaten treiben die Entwicklung dieser Yachten voran
  • Jedes Gramm, gespart bei Rumpf und Deck, können im Kiel untergebracht werden

 

IACC Yachten

 

IACC Tabelle der Laminatvorschriften

 

Aktuelle Entwicklung im Yachtbau

  • Werkstoffentwicklungen werden durch Vermessungsbestimmungen gebremst
  • Die IMS Formel bevorzugt Aramidfasern, die Carbonfaser wird mit „Abzug“ bestraft
  • Die Carbonfaser ist im Gegensatz zur Aramidfaser dramatisch im Preis gefallen

Einzelbauten fast ausschließlich in FVW

Das 50m Schiff im Bau

Das 50m Schiff in Fahrt

 

Strukturingenieure bevorzugen Carbonfasern für steife Bauteile

  • Vermessungsfreie Yachten (Wallys) oder sehr große Einheiten (über 60´) werden konsequent aus Carbonfasern hergestellt
  • Offshore Powerboote in Epoxy/Carbon
  • Masten, Bäume und Kielflossen werden ebenfalls aus Carbonfasern hergestellt
  • Neue Möglichkeiten ergeben sich dadurch auch für kleinere Handwerksbetriebe
  • Z..B. Innenbauteile zur Verschönerung und Individualisierung von Serienyachten
    • Beispiel: Salontisch
    • Beispiel: Instrumentenwand/Navigationsecke
    • Beispiel: Großbäume

 

Ausblicke

  • Umweltschutz und Arbeitsschutz verlangen Lösungsmittelfreie Systeme
    • Vorteilea
      • Arbeits- und Gesundheitsschutz
      • Höher belastbare Bauteile - steifere Schiffe - Gewicht im Kiel
      • In Verbindung mit Carbonfaserriggs ergibt das eine neue Generation von Yachten
      • Beispiele: „UCA“, Baltic Yachts, Swan 80, Nautor Werft, Farr40, IC 45, Caroll Marine u.a.
    • Nachteile
      • Geringfügig höhere Materialkosten
      • Sorgfältiges Arbeiten notwendig
      • Erlernen neuer Technologien - dadurch aber wieder:
      • Vorteil: neue Berufsmöglichkeiten als Faserverbundtechniker
  • Umweltschutz und Arbeitsschutz verlangen geschlossene Systeme
    • SCRIMP™ oder Infusionstechnik
      • Mit Polyester oder Epoxysystemen
      • Infusion ist heute ein Schlagwort in der kunststoffverarbeitenden Industrie. Es gibt verschiedene Technologien und eine der ersten und bewährtesten ist das so genannte SCRIMP™ Verfahren, welches zunächst bei Tillertson Pearson, einem amerikanischen Hersteller für J/Boats, Hinkley und Alden Rümpfe angewendet wurde. Wir hatten bereits 1996 in unserem damaligen SP Magazin einen Artikel veröffentlicht, der sich mit den technischen Voraussetzungen und Aspekten beschäftigte. Heute stellen wir für Besucher unserer Seiten einen aktuellen Überblick über das SCRIMP™ Verfahren ein und möchten, nicht uneigennützig, Sie daran erinnern, dass schon die bekannten Hightech-One-Design-48-Yachten, heute IC48 genannt, mit SP Materialien im SCRIMP™ Verfahren gebaut wurden. Einen Überblick zum SCRIMP™ Verfahren finden Sie unter "Downloads"
    • SPRINT
      • Mit Epoxysystemen
  • Der Hintergrund der SPRINT Entwicklung
    • Kostenreduzierung bei Material und Arbeitsprozessen durch Verwendung schwerer Materialien
    • Die Notwendigkeit, mit industriellen Prepregs eine Verbesserung der Laminatqualität zu erreichen
  • Aktuelle Arbeitsprozesse
    • Naßlaminat
    • Schwer zu kontrollierende Qualität
    • Umweltschutz & Arbeitsschutz
    • Prepregs (vorimprägnierte Gewebe/Gelege)
    • Schwierig, kostenbewußt zu produzieren
    • Teure Materialien (in der Herstellung) und im Arbeitsprozess
    • Infusions Technologie
    • Sehr schwieriger Arbeitsprozeß mit komplexer Entwicklung und Kontrolle
    • Schwierig, den komplexen Arbeitsablauf für die Serienproduktion zu entwickeln
  • SPRINT enthält die positiven Inhalte der 3 wichtigsten Arbeitsprozesse
    • Naßlaminat
    • Leichtes Einbringen der Materialien
    • Prepregs
    • Zuverlässigkeit des Arbeitsprozesses
    • Beste Laminateigenschaften
    • Infusion
    • Sehr gute Laminatqualität
    • Arbeits-und Gesundheitsschutz
  • Was ist Sprint?
    • Prepregtechnologie mit durchgehend trockenen Oberflächen, das Harz befindet sich in der Mitte
    • Es funktioniert, weil es das Entweichen der Luft problemlos ermöglicht und blasenfrei aushärtet
    • Unter Vakuum entweicht zunächst die Luft aus dem Faserverstärkungsmaterial
    • Nach Erwärmung verflüssigt sich das Harzsystem und durchdringt gründlich die umgebenden Gewebe/Gelege
    • Das Laminat wird unter Vakuum sehr kompakt
    • Dieses Produkt ist bisher einmalig

  • Trockene Fasern ermöglichen einwandfreie Entlüftung des Laminatstapels
  • Beim Aufheizen fließt das Harz in das vakuumentlüftete Faserverstärkungsmaterial
  • Verarbeitung der SPRINT Materialien
    • Sauber, kein Kontakt mit Harz
    • Besser zu schneiden als Prepregs
    • Besser zu legen und weniger steif als Prepregs (selbst Fasergewichte von 3200g/qm sind noch sehr gut in Formen einzubringen
    • Kein Abdeckpapier zu entfernen
    • Zwischenentlüftung (debulking) ist nicht notwendig. Nicht bei den stärksten Laminaten
  • Die Materialkosten werden schon bei der Herstellung gesenkt
    • Weniger Maschinenlaufzeit, weniger Arbeitsstunden
    • Weil schwerere Gewebe/Gelege von geringerer Qualität verwendet werden können
    • Weniger Abfallmaterial bei der Herstellung
  • Die Kosten werden bei der Anwendung gesenkt
    • Kein Zwischenentlüften notwendig, egal wie dick die Laminate sein müssen
    • Deutlich weniger Abfallmaterial und weniger Arbeitsstunden beim Einbringen
  • Qualitativ hochwertige Laminate
  • Lufteinschlüsse weniger als 0,5%
  • Vergleiche von SPRINT Testlaminaten gegenüber Prepreglaminaten in E-Glas
    • Ca. 20% höhere Zugfestigkeit
    • Ca. 30% stärker belastbar bevor es zu Mikrobrüchen kommt
    • Ca. 10% höhere Druckfestigkeit
    • Ca. 8% bessere Interlaminare Scherfestigkeit
    • Lufteinschlüsse werden von ca. 2,5% auf 0,5% gesenkt
    • Erhöhte Langzeitbelastbarkeit der Laminate (muss allerdings noch durch längere Testreihen belegt werden).

  • SPRINT Material Optionen
    • Unidirektionale Gelege
    • Vernähte Gelege
      • biaxial, triaxial oder multiaxial
    • Gewebe
      • Leinwand oder Satinbindung
    • Vlies (Tissue)

  • Zusammenfassung

  • SPRINT ermöglicht Laminate von ähnlicher Qualität, wie sie sonst nur im Autoclaven zu erreichen sind
    • Bei Verwendung von Vakuum (Unterdrucktechnik) und Niedertemperaturanwendung
  • SPRINT ist einfach zu handhaben und ohne großen technischen Aufwand machbar
  • SPRINT ermöglicht eine dramatische Kostenreduzierung, sowohl beim Herstellungsprozeß, als auch beim verarbeitenden Betrieb
  • SPRINT ist ein einfaches, unkompliziertes Konzept, welches ohne große Umstellungen eingeführt werden kann

  • Prognose

  • Die Rotorblatthersteller werden dem Serien-Yachtbau den Weg weisen.
    • Die Verwendung von Epoxy-Gelcoat und 25 bis 30mm starken Epoxy-Laminaten in offenen Formen (z. Zt. als 37m Blatt in Nordhausen) ist technisch und wirtschaftlich möglich
    • SPRINT wird zunächst im Rotorblattbau eingesetzt werden und später, durch die Wirtschaftlichkeit, auch im Yachtbau Einzug halten.

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