Stegaufbau
Stegaufbauten
Die Aufgabe der Stege ist primär die Ober- und Unterschale auf Distanz zu halten und damit den Torsionskasten zu definieren. Dabei sind Zug- und Druckbelastungen zu übertragen welche aus den jeweiligen Querkräften resultieren.
In der aktuellen Auslegung sind diese berechneten Kräfte nicht besonders hoch, daher lassen sich verschiedene Bauweisen prüfen, welche das Gewicht insbesondere im Aussenflügel reduzieren lassen. Für alle Auslegungen sind hingegen die Klebeverbindungen zu den Ober- und Untergurten des Holmes von entscheidender Bedeutung.
Abbildung 442: Schlauchstege an Ruderklappe
Klappensteg
Bei der Ausführung des Klappenstegs ist noch nicht definitiv festgelegt, welcher Aufbau umgesetzt wird. Favorisiert ist der Ansatz mit dem Kohleschlauch, welcher auf einen geschlossenporigen, kompressiblen Kern aufgezogen wird, welcher nach dem Ausformen entfernt wird. Entsprechend ist im Scharnierbereich oben und unten der Stützstoff entfernt. Das Scharnierband liegt auf der Flächenunterseite zischen der Aussen- und der Innenlage, wobei der verwendete Carbon- Schlauch sauber getrennt werden muss, damit die Ruder sich leicht bewegen lassen. Dieser Ansatz wird von VV-Models angewendet.
Alternativ zum beschrieben Ansatz gibt es noch den klassischen Ansatz mit den Depron-gefüllten und mit Schlauch ummantelten Stegen bzw. beidseitig beschichteten Stegen. Hier lassen sich verschiedene Variationen in der Bauform umsetzen, indem der Stützstoff für die Auflage der Stege ausgenommen wird oder nur für die Dichtlippe. Bautechnisch ist die Schlauchmethode sicher einfacher wobei sie auch mehr als 100% schwerer ist als diejenigen mit den beidseitig beschichteten Stegen. Festigkeitsmässig tragen die 45° ausgerichteten Fasern des Schlauchs parallel zum Holm nicht zur Verbesserung bei, sondern weisen nur ein Mehrgewicht auf. Gegebenenfalls verbessern sie die Haftung bei der Verklebung mit der Holmgurte.
Aus Gewichtsgründen würde sich grundsätzlich Carbon gegenüber dem Glas besser eignen, da es aufgrund der geringeren Materialdichte ca. 50% leichter ist. - Achtung hier muss jedoch die Faserzahl berücksichtigt werden, daher kann ein Carbon-Schlauch schon einmal schwerer sein als ein Glas-Schlauch. Festigkeitstechnisch ist in diesem Bereich eine Glasfaser-Beschichtung gegenüber der Carbon-Beschichtung im Vorteil, da in den Stegen primär Zug- und Druckkräfte übertragen werden und hierzu ist das Glas gegenüber dem Carbon eindeutig im Vorteil.
Gewichtsbetrachtung
Vergleicht man die unterschiedlichen Stegaufbauten miteinander, kann man je nach Zielsetzung eine günstige Variante je nach Auslegungsziel erreichen. Nachfolgende Betrachtung basiert auf der Materialselektion und der Dimensionierung, welche für den Schalenaufbau festgelegt wurde. Die Materialangaben wurden aus den Katalogdaten von R&G übernommen. Stegkern-Dimensionen:
Es ist schon klar, dass hier die absoluten Zahlen im Vergleich zur Schale eine untergeordnete Bedeutung spielen, da die Mumpe, welche zum Verkleben der Stege annähernd so gross ein wird. Es zeigt sich jedoch im Aufbau dass viele Kleinigkeiten in Summe auch zu unnötigem Mehrgewicht führen.
Holmsteg
Bei der Auslegung des Holmsteges wurden die analogen Überlegungen angestellt, wie zuvor bei der Betrachtung der Klappenstege. Auch hier ist die primäre Funktion des Holmsteges in der Übertragung der Zug- und Druckkräfte vom oberen in den unteren Holmgurt bzw. umgekehrt sicherzustellen. Weiter stellt der Steg sicher dass im Falle einer Flügelbewegung die Schalen nicht ausbeulen lassen.
Gemäss der durchgeführten Holmberechnung eignet sich für die berechnete Last bereits ein stehender Steg aus Schaum (Depron) oder Balsaholz, sogar ohne Beschichtung ausreichend für die auftretenden Querkräfte. Typisch würde ein 3 mm Balsaholz-Steg mit beidseitiger 49 g/m2 Glas-Gewebe-Beschichtung in 45° Ausrichtung gewählt. In der Praxis zeigten sich wiederholt Probleme mit der Delamination der Beschichtung vom Balsaholz-Steg-Kern bei der Anpassung der Steghöhe. Ebenso ist der Balsaholz-Steg-Kern weniger kompressibel als ein Depron-Kern was nach einer höheren Bearbeitungsgenauigkeit verlangt.
Aus anderen Projekten wurde aufgenommen, dass der Übergang von der Flächenverbinderaufnahme zum Steg nicht stumpf, sondern mit entsprechender Überlappung realisiert werden soll, damit hier keine Knickstelle entsteht. Dafür wurde auch ein leichter Versatz der Ballastposition in Kauf genommen. Im aktuellen Aufbau werden bevorzugt synthetische Materialien eingesetzt, damit eintretende Feuchtigkeit nicht zu einer Reduktion der Festigkeit oder zur Bauteildeformation führt. - Depron ist vorerst das ausgewählte Material hierzu.
Abbildung 443: Holm mit Schlauchstegen
Die obige Darstellung zeigt das initial ausgeführten Steg-Design, welches sicher ausreichend dimensioniert ist, aber auch ein entsprechendes Gewicht aufweist, ohne einen Mehrwert bei der Festigkeit zu erreichen. Die Abstufungen auf der Seite zur Profilendleiste musste abgesetzt werden, damit die Positionierung der Servos für Querruder und Wölbklappe zwischen die Ober- und Unterschale hineinpassen ohne dazu ein lokale Aufdickung zu erzwingen. Im zweiten Ansatz wurde der analoge Materialaufbau mittels aufgezogenem Glas-Schlauch auf Depron-Kernen gewählt. Damit wird die Steglänge bzw. das Steggewicht um 30% reduziert auf ca. 50 g.
Abbildung 444: Holm mit Schlauchsteg leichte Ausführung
Fazit
Für den ersten Aufbau werden die Stegkerne aus Depron-Material gefertigt werden. Die ersten Versuche beim Kernaufbau der V-Verbinder mit glas-beschichtetem Depron hat gezeigt, dass damit sehr steife und einfach zu bearbeitende Stege gefertigt werden können. Zur Verhinderung der Delamination wurden die Glas-Beschichtung mit jeweils 3 Depronkernen realisiert. Daher wird der Aufbau der Holmstege aus diesen Materialien bevorzugt.
Bei den Klappenstegen wird zuerst mit dem Carbon-Schlauchaufbau experimentiert, bei denen der Kern nach dem Offenen der der Formen entfernt wird.