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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : 3D Shaping - Erklärung



pipo
29.12.2012, 17:35
Hi,

weil im SuSi Q Thread (http://www.gleitschirmdrachenforum.de/showthread.php?28295-Nova-SuSi-Q-kleine-Gr%F6%DFen-f%FCr-Bergsteigen-und-Soaring&p=366148&viewfull=1#post366148) nach dem 3D-Shaping gefragt wurde, weil's dort aber off topic ist, kopiere ich die Erklärung hier her:

-------------------------------------------------------------------------------------

Ich will das 3D Shaping mit unten stehender Skizze erklären.

Dazu muss ich etwas kurz ausholen:
Das Tuch wird (bei jedem Schirm bzw. ganz ohne 3D-Shaping) im Nasenbereich um zwei Achsen gekrümmt: Einmal durch den Nasenradius (um die Querachse) und dann durch das Ballooning (um die Längsachse). Also quasi wie ein Fahrradschlauch.

Eine solche Krümmung um zwei Achsen lässt sich mit einem planen Stück Stoff nicht faltenfrei erzielen. Probiert das mit einem Stück Papier: Die Krümmung um eine Achse (z.b. nur Ballooning) geht problemlos. Sobald man um die zweite Achse krümmen will, funktioniert es nicht mehr ohne zu knittern.

Der Grund ist folgender: In der Mitte der Zelle (grüner Strich) beschreibt die Tuchoberfläche einen größeren Weg als am Rand der Zelle (roter Strich) Mit einem planen (steifen) Stück Stoff führt das zwangsläufig zu den bekannten Falten am Rand der Zelle. (also an den Profilrippen)
Wie gesagt: wenn man probiert, das mit einem Blatt Papier nachzuvollziehen, dürfte das ganz offensichtlich und logisch sein.

Nun zum 3D-Shaping:
Beim dieser Technik näht man zwei (oder mehrere) Stoffbahnen zusammen, die wie unten skizziert, eine (oder zwei) konvex gewölbte Seite haben. Näht man die beiden Teile zusammen, kann man sich der gewünschten 3D Form bzw. der Krümmung um zwei Achsen besser annähern. Denn nun ist die (zusammengenähte) Obersegelbahn in der Zellmitte tatsächlich länger als am Rand der Zelle.

Der positive Effekt des 3D Shapings ist primär die reduziere Faltenbildung am Zellrand.

19535
... dieses Foto zeigt einen Mentor 3 Prototypen, der noch nicht den finalen "3D-Shaping"-Schnitt hat. Das Prinzip ist aber natürlich das selbe. Die skizzierten Tuchbahnen "1" und "2" zeigen (deutlich überzeichnet) die konvexe Ausbauchung.

@ Lucian,

falls du hier mitliest und falls du deinen Blogeintrag (http://lu-glidz.blogspot.co.at/2012/02/leistungsdrang-4-3d-shaping.html) richtig stellen willst, kannst du gerne mein bearbeitetes Foto und meine Erklärung verwenden.

vG!

P.

moses
30.12.2012, 10:56
Hi Pipo,

da das 3d Shaping die Folgen vom Ballooning retuschiert frage ich mich schon länger warum noch kein Hersteller an der Stelle Deines grünen Streifens von der Vorderkannte bis zur Hinterkannte eine feine Kevlar Leine einnäht, so könnte man sich Zellen/Aufwand/Gewicht und Kosten sparen.

Nur mal so ne Frage...

LG Moses

Oberlender
30.12.2012, 11:59
Seine Ideen muss man verkaufen, nicht verschenken.

Andi1965
30.12.2012, 16:27
Klasse erklärt, vielen Dank Pipo.
Ein solches Segel wird also nicht mehr plan auf dem Boden liegen und Falten beim Packen bekommen.
Sind diese Falten vernachlässigbar? Die Idee, mit Kevlar Leinen ein 2D Shaping zu erzwingen finde ich sehr gut!!

Grüße Andi

pipo
30.12.2012, 18:46
Hi Andi,

Ein solches Segel wird also nicht mehr plan auf dem Boden liegen und Falten beim Packen bekommen. Sind diese Falten vernachlässigbar?
Ja klar - die sind genau so vernachlässigbar, wie die anderen tausend Falten, die du beim Packen unweigerlich in's Tuch machst.[/QUOTE]

Hi Gerhard,

da das 3d Shaping die Folgen vom Ballooning retuschiert frage ich mich schon länger warum noch kein Hersteller an der Stelle Deines grünen Streifens von der Vorderkannte bis zur Hinterkannte eine feine Kevlar Leine einnäht, so könnte man sich Zellen/Aufwand/Gewicht und Kosten sparen.
was sollte das bringen? Das Ripstop ist ohnehin sehr dehnsteif, da macht die Kevlarschnur keinen Unterschied.

Oder soll die Kevlarschnur untermaßig sein, also unter Zug stehen?
Dann hätte man den gegenteiligen 3D-Shaping Effekt, also weniger Weg in Zellmitte und damit noch mehr Falten am Zellrand.

Das Ballooning würdest du so oder so nicht reduzieren.

vG!

P.

thunder1986
30.12.2012, 18:47
Ich denke nicht das eine Leine entlang der grünen Linie (auch wenn sie sich nicht dehnen kann!) dem Ballooning entgegenwirken würde.
Dann würde der Schirm in Längsrichtung zusammengezogen werden und das Ballooning würde bleiben. Aber belegen kann ich das nicht, sagt mir nur meine Vorstellung. :o

thunder1986
30.12.2012, 18:47
oh, Pipo war schneller.

moses
30.12.2012, 20:02
Hi Pipo

kannst die Leine ggf. ja abspannen und hast mit wenig aufwand eine Zelle erspart... oder eine dazugewonne und leistungstechnisch haben mehr Zellen bisher nicht geschadet... flachere Profile (weniger Ballooning ) sind per se wie man hört nicht schlechter...

eigentlich ist mirs eh wurscht fliege noch immer meinen nun bald 7 jahre alten Ra, der nächste wird vermutlich eher ein Nischengerät werden und bis ich dann wieder einen normalen kaufe... sind meine Kinder groß, meine Frau wieder beim Arbeiten und ich kann mich mal im Drachenlager mit Motorunterstützung umschauen, dann brauch ich den GS eh nur noch um vom Berg runter kommen oder einfach Spass haben;)

LG Moses

X-Dream Dani
30.12.2012, 20:07
Hallo zusammen,

Offensichtlich werden die Ideologien über gewisse Schnittechniken unterschiedlich auf gefasst.

Grundsätzlich werden bei allen mir bekannten modernen Schirmen jede Bahn von vornherein, ohne Ballooning, über zwei Achsen gekrümmt. Die erste Achse (ich nenn sie mal Querachse) ist die um das Profil und die zweite Achse (die Hochachse)wird durch die Tatsache definiert, dass der Schirm meist eine gekrümmte Eintrittskannte hat. Die zweite Krümmung wird durch die 3D-Abwicklung in die Form der Bahn abgewickelt. Dementsprechend ist bei Schirmen die eine ungerade Zahl Bahnen hat die mittlere Stoffbahn logischerweise symmetrisch, folglich jedoch (in der Theorie) auch nur eine 2D-Abwicklung.

Das Ballooning entsteht nur weil der Stoff eine gewisse Dehnung aufweist und sich in Falten legen lässt. Umgekehrt gesagt, würde man die Faltenbildung eliminieren, zum Beispiel mit dem Spannen in Längsrichtung von den Nylondrähten (Stäbchen) entlang der Naht, würden wir trotzdem ein Ballooning haben, wenn auch marginal kleiner. Das Ballooning insbesondere im Nasenbereich kommt zu einem grossen Teil aus der Tatsache, dass der Stoff eine Dehnung aufweist. Die Idee mit dem absolut dehnungsresistenten Mylarfilm in der Eintrittskannte ist nicht so schlecht - nur irgend wie muss man ja das Ding auch in den Packsack kriegen. Die aufgenähte Kevlarleine die Moses vorschlägt würde insofern nichts bringen, als dass man im besten Fall in der Mitte der Bahn die Dehnung in Längsrichtung reduziert aber vermutlich dabei seitlich des Fadens wider kräftig Mikrofalten generiert und dies in einem Bereich wo mit der vermutlich laminarsten Strömung am Flügel gerechnet werden kann.

Bei dem von vielen Herstellern angewendete zusätzliche Verschnitt im Eintrittskantenbereich, wird wie Pipo es korrekt erklärt hat die beiden Schnittkanten konvex geschnitten und vernäht. Dies reduziert zwar an dieser Stelle durch das mehr an Material die Dehnung in Längsrichtung, die Faltenbildung wird es jedoch nur marginal und auch nur wenige Zentimeter vor und nach dem Verschnitt verringern. Wie gesagt ein in Längsrichtung unter Spannung gesetzter Nylondraht wirkt effektiver gegen Falten.

19539

Der effektive Grund (zumindest bei meinen Schirmen und soviel ich weiß auch bei den Schirmen von Ozone) einen Verschnitt zu machen, ist dass das Profil das durch das Balloooning entsteht eher dem gewünschten Ur-Profil entspricht. Grundsätzlich schenkt man heute dem Profil welches durch das Balloooning entsteht mehr Aufmerksamkeit. Früher hat man es quasi akzeptiert was durch den Spannnungsverlauf, die Faltenbildung und die Dehnung entstand. Mit einer optimierten Nahttechnik (Einzelnaht und/oder Optimierung der Fadenspannung) und den Nylondrähten im Nasenbereich kann die Profiltreue und die Faltenbildung besser definiert werden. Dadurch hat man mindestens einen Faktor schon mal besser im Griff. Der Dehnung des Tuches, bzw. dem verbleibenden Ballooning rückt man mit einem Verschnitt knapp über der Nase zu Leibe. Die Auftriebsverteilung im Nasenbereich macht, dass insbesondere die Mitte der Bahn nach oben/hinten gezogen wird. Die daraus resultierende Profilform hat nebst einem veränderten Nasenradius auch einen höheren Anstellwinkel (siehe grüne Linie im Bild, Ballooning ohne Verschnitt) als das Ur-Profil (hellblaue Linie). Durch einen Verschnitt wird in diesem Bereich die Längsspannung reduziert und die ursprüngliche Profilform und den Anstellwinkel angenähert (siehe violette Linie, Ballooning mit Verschnitt).


Liebe Grüsse

Dani

X-Dream Fly

Andi1965
30.12.2012, 22:47
bin noch nicht ganz durch, aber ich glaube es gibt keine Dehnung. Es wird sein wie bei einem Blatt Papier auf dem Wasserglas. Wenn ich in der Mitte drücke, gibt es Falten am Rand. (keine Dehnung). Ausserdem: Gäbe es eine Dehnung, dann hätten wir sie ja auch beim 3D Shaping und damit erneut Falten. Nur meine Ideen kurz. Mehr Stoff durch die Wölbung der Eintrittskante. Danke für diesen Hinweis Dani!... Grüße andi

lemma
31.12.2012, 07:13
bin noch nicht ganz durch, aber ich glaube es gibt keine Dehnung. Es wird sein wie bei einem Blatt Papier auf dem Wasserglas. Wenn ich in der Mitte drücke, gibt es Falten am Rand. (keine Dehnung). Ausserdem: Gäbe es eine Dehnung, dann hätten wir sie ja auch beim 3D Shaping und damit erneut Falten. Nur meine Ideen kurz. Mehr Stoff durch die Wölbung der Eintrittskante. Danke für diesen Hinweis Dani!... Grüße andi

Danke Andi, zum Glück haben wir hier im Forum so fachkundige Flieger die ihre Gedanken weitergeben. Sonst müsste man ja tatsächlich leuten Glauben schenken die Jahre lang mit der Materie arbeiten.

pipo
31.12.2012, 09:35
Hi Andi,

bin noch nicht ganz durch, aber ich glaube es gibt keine Dehnung. Es wird sein wie bei einem Blatt Papier auf dem Wasserglas. Wenn ich in der Mitte drücke, gibt es Falten am Rand. (keine Dehnung).
du hast natürlich recht: Die Tuch-Dehnung ist nicht die Ursache des Balloonings. Es gäbe also selbstverständlich auch mit einem 100% (zug-)steifen Tuch (ohne jede Dehnung) das Ballooning zwischen den Profilrippen!

vG!

P.

X-Dream Dani
31.12.2012, 10:13
Pipo,

das ist so nicht korrekt! Wenn ein Material gebogen wird entsteht eine Steifigkeit in Längs- und Querrichtung. Je kleiner die Dehnung des Materials desto höher die Steifigkeit und damit die Fähigkeit einer äußeren Biegebelastung bzw. einem inneren Überdruck zu widerstehen. Nimmt man ein Blatt Papier, dass wenig Dehnung aufweist, und dieses als Rohr formt, wird dieses weniger Verformung aufweisen wenn man dieses Rohr unter Druck setzt als das selbe Rohr das aus einem Gleitschirmstoff geformt wird. Die Dehnung des Materials ist relevant für das Ballooning!

Wie bereits erwähnt, ist natürlich die Fähigkeit der Faltenbildung mit entscheidend.

Gruss

Dani

X-Dream Fly

thunder1986
31.12.2012, 14:15
Sorry Dani, aber das ist schon bisschen wild durcheinander gewürfelt was du da schreibst.
Steifigkeit entsteht nicht durch das Biegen! Die Steifigkeit beschreibt den Widerstand den ein Körper (Abhängig von Material und besonders der Geometrie) einer äußeren Belastung (z.B. Biegemoment) entgegensetzt.
Da das Tuch so dünn ist, wird die Biegesteifigkeit des Tuchs beim Gleitschirmbau absolut egal sein.
Längs- und Querdehnung sind natürlich wichtig, wie Du schon gesagt hast.

Aber das Ballooning beschreibt doch in erster Linie, dass sich das Tuch auf Grund der Luftkräfte die darauf wirken in eine Bogenform bzw. schlauchartig (je Kammer) Formt und nicht rechteckige Kammern bildet, oder?
Natürlich wäre der Ballooning-Effekt noch größer, wenn man ein Tuch verwendet, dass sich stark dehnt. Aber Ballooning gibt es auch ohne Dehnung im Tuch.

Andi

luaas
31.12.2012, 17:20
@ Lucian,

falls du hier mitliest und falls du deinen Blogeintrag (http://lu-glidz.blogspot.co.at/2012/02/leistungsdrang-4-3d-shaping.html) richtig stellen willst, kannst du gerne mein bearbeitetes Foto und meine Erklärung verwenden.

vG!

P.

Hi Pipo,

danke für den Hinweis und das Recht zur Fotoverwendung. Werde meinen Blogeintrag gerne ergänzen. Richtig stellen muss ich meines Wissens nach nichts, denn dort heißt es zum 3-D-Shaping:


"Es geht darum, durch geschicktes Zusammenfügen der (leicht verkürzten) Teilbahnen das Obersegel im vorderen Profil unter Spannung zu setzen. Durch diese Vorspannung zieht sich das aufgeblasene Segel besser glatt, bauscht weniger auf und bildet so ein einheitlicheres Profil."

"Leicht verkürzt" ist sicher etwas vereinfacht ausgedrückt, aber ich meinte damit durchaus den Zuschnitt, wie Du ihn im Bild darstellst. Denn tatsächlich wird ja den Bahnen nicht Stoff zugegeben, sondern an den Seiten etwas genommen (verkürzt). Mit der passend berechneten/probierten Vorspannung vernäht, zieht sich halt das aufgeblasene Segel besser glatt (weniger Falten am Rand, wie Du auch erwähnst). Zugleich wird aber auch das Ballooning etwas reduziert, was halt der zweite erwünschte Effekt ist, um so dem "Idealprofil" näher zu kommen.

Einige neuere Schirmmodelle weisen ja heute schon ein mehrfaches "Shaping" an der Profilnase auf, mit mehreren Quernähten, zum Teil auch an Stellen ohne große Profilkrümmung. Dort geht es ersichtlich wohl weniger um die Faltenreduktion als um die Profiloptimierung...

Lucian

X-Dream Dani
31.12.2012, 18:46
Andreas,
Interessant, dass du meinen Beitrag als "wild" bezeichnest;
Steifigkeit entsteht nicht durch das Biegen!
Ein Blatt Papier lässt sich ohne Kraftaufwand in Längs- und Querrichtung biegen. Formt man (durch biegen!) jedoch ein Rohr damit, besitz das Rohr eine bemerkenswerte Steifigkeit.

Andreas, ich habe mich vielleicht zu wenig präzise ausgedrückt als ich erwähnt habe, dass das Ballooning daher entsteht weil der Stoff eine gewisse Dehnung aufweist und sich in Falten legen lässt. Damit habe ich das Ballooning in dem Bereich der Eintrittskannte gemeint dort wo auch der 3D-Schnitt angebracht wird. Im übrigen nenne ich diesen zusätzlichen Verschnitt auch Leistungsschnitt, weil ich durch die Segelspannung als solches schon einen dreidimensionalen Einfluss auf die Flügelform mache. Natürlich findet das Ballooning über die ganze Profiltiefe statt. Wenn überhaupt, wird das Ballooning im Nasenbereich leistungsentscheidend sein. Das Ballooning lässt sich wie erwähnt auch über den Spannungsverlauf des Segels beeinflussen. Dieser Spannungsverlauf beeinflusst jedoch wiederum die Leistung wie auch die Sicherheit des Flügels. Mit diesem Leistungsschnitt kann ich unter Umständen eine sicherheitsoptimierte Segelspannung verwenden und dabei mittels Leistungsschnitt die ursprüngliche Profilform zurückgewinnen.

Gerade im Nasenbereich versucht man die Spannung zu erhöhen um dem Flügel unter anderem eine gewisse Steifigkeit zu geben. Im Nasenbereich haben wir im Verhältnis zum Rest des Obersegels ein kleineres Ballooning, hervorgerufen durch die Druckverteilung am Profil, die erhöhte Segelspannung aber auch durch die grössere Krümmung des Segels. Würde man die ganze Obersegelbahn durch ein steifes Material ersetzen so würde man im hinteren Bereich des Obersegels nach wie vor ein Ballooning haben, da sich dort das Material lediglich um eine Achse verformen muss, sprich ein Tunnel bildet. Im Nasenbereich entsteht um den Nasenradius eine Tunnelierung um die Querachse des Flügels. Eine solche Tunnelierung kann einem halben Rohr gleich gesetzt werden. Ein Rohr besitzt wie oben erwähnt eine erhöhte Steifigkeit obschon das Grundmaterial sich kraftlos biegen lässt. Selbstverständlich, und das habe ich auch schon erwähnt, sind Faltenbildung und Segelspannung relevanter für das Ballooning. Das 3D-Shaping beeinflusst jedoch die Faltenbildung nur punktuell und ist folglich nicht das ideale Mittel um den Falten entgegen zu wirken. Der Grund weshalb 3D Shaping oder eben ein Leistungsschnitt gemacht wird ist die durch das Ballooning veränderte Profilform und der verändert Anstellwinkel.

Nur so nebenbei; im Bereich des Leistungsschnittes wird das Ballooning sogar marginal vergrößert, bzw. ein theoretischer Knick im Obersegel erzeugt.

Ein gutes und hoffentlich nicht zu "wildes" neues Jahr...

Gruss

Dani

X-Dream Fly

pipo
01.01.2013, 01:22
Hi Lucian,


danke für den Hinweis und das Recht zur Fotoverwendung. Werde meinen Blogeintrag gerne ergänzen. Richtig stellen muss ich meines Wissens nach nichts, denn dort heißt es zum 3-D-Shaping:

"Es geht darum, durch geschicktes Zusammenfügen der (leicht verkürzten) Teilbahnen das Obersegel im vorderen Profil unter Spannung zu setzen. Durch diese Vorspannung zieht sich das aufgeblasene Segel besser glatt, bauscht weniger auf und bildet so ein einheitlicheres Profil.""Leicht verkürzt" ist sicher etwas vereinfacht ausgedrückt, aber ich meinte damit durchaus den Zuschnitt, wie Du ihn im Bild darstellst. Denn tatsächlich wird ja den Bahnen nicht Stoff zugegeben, sondern an den Seiten etwas genommen (verkürzt).
Nein, eben nicht!
Die Obersegel-Bahn bleibt mit 3D-Shaping an den Seiten der Bahn (also an den Profilrippen) gleich lang wie ohne 3D-Shaping. (Die Länge der Seiten der Bahn ergibt sich im Grunde durch die Länge der Profilkontur auf die die Bahn aufgenäht ist. Würde man die Bahn verkürzen, würde das die Profilkontur unerwünschter Weise verkürzen.)

Es wird beim 3D Shaping also die Mitte der Bahn verlängert, um den weiteren Weg in Bahnmitte (siehe Skizze im ersten Posting) zu berücksichtigen.

Dem entsprechend ist es auch nicht so, dass das 3D-Shaping dazu gut ist, "das Obersegel im vorderen Profil unter Spannung zu setzen", wie du schreibst!


Mit der passend berechneten/probierten Vorspannung vernäht, zieht sich halt das aufgeblasene Segel besser glatt (weniger Falten am Rand, wie Du auch erwähnst). Zugleich wird aber auch das Ballooning etwas reduziertDas Ballooning wird kein bisschen reduziert durch das 3D-Shaping!


Einige neuere Schirmmodelle weisen ja heute schon ein mehrfaches "Shaping" an der Profilnase auf, mit mehreren Quernähten, zum Teil auch an Stellen ohne große Profilkrümmung. Ohne Profilkrümmung braucht's kein 3D-Shaping!

vG!

P.

Andi1965
01.01.2013, 02:06
2:22 und 2013 und hier wird gewerkelt :-)
kurze Ergänzung.
Meine Glaubung (Lemma) bezog sich auf die Dehnung und das Thema.
Ich wolle damit bemerken, daß ich die Dehnung für so gering schätze, daß ein Kohlefaden nichts bringen würde.
Mir geht es auch nur um die Falten, nicht ums Ballooning und nicht um Flächenträgheitsmomente.
Das Pipo und Dani es draufhaben, das habe ich schon x mal gesagt...
Diese Goldwaagen hier manchmal :-)
Lieben Gruß von Andii

X-Dream Dani
01.01.2013, 10:36
Andreas,

Die Dehnung des Materials wir stark unterschätzt. Wenn der gleiche Schirm mit Materialien welche unterschiedliche Dehnwerte aufweisen gebaut wird, dann zeigen die Schirme nicht nur unterschiedliche Reaktionen im Extremflug auf, sondern fliegen sich anderes im Handling und weisen auch unterschiedliche Leistungscharakteren auf. Wer dieser Tatsache nicht Glauben schenken will, der kann sich ja den Luxus ein mal leisten und einen Schirm mit einem NCV hard-finsh-Material und den anderen mit Gelvenor oder dem 20D Sky Silk Tuch bauen lassen. Die werden unterschiedliche Eigenschaften aufweisen schöner kann es gar nicht sein. Der Grund ist die Dehnung des Stoffes.

Material kann bis zur Streckgrenze ohne dauerhafte und sichtbare plastische Verformung gedehnt werden. Der größte Teil unseres Schirmes wird im regulärem Gebrauch im Bereich dieser Streckgrenze oder auch Elastizitätsgrenze belastet. Akro- oder Tandemschirme werden punktuell einer höheren Belastung ausgesetzt und können dort auch über die Streckgrenze belastet werden - wer sich an die Edel Prime Tandems erinnern mag weiß wovon ich spreche. Trotzdem, wird durch die dauerhafte Belastung eines Soloschirmes der Stoff eine Verformung aufweisen. Dies wird auch durch die Veränderung von Handling und den Manöverreaktionen spürbar. Wenn an älteren, viel geflogenen Schirmen eine mittlere Obersegelbahn heraus getrennt wird, so wird die nichtmehr absolut plan auf dem Tisch liegen.

Dehnung des Materials ist ein Thema und auch relevant beim Ballooning!

Gruss

Dani

X-Dream Fly

thunder1986
01.01.2013, 13:15
Wenn ein Material gebogen wird entsteht eine Steifigkeit in Längs- und Querrichtung.


Hi Dani,
dieser Satz ist entweder falsch oder lässt zumindest Raum für Fehlinterpretation. Ich hab jetzt verstanden wie du´s gemeint hast, aber die Steifigkeit im Blatt Papier die du meinst entsteht ja nicht durch das Biegen.
Du erhöhst die Steifigkeit des Profils, weil du das Blatt in eine andere Form bringst.
Und jetzt halte ich mich wieder raus... :-)
Frohes neues Jahr euch allen!

Andi

Andi1965
01.01.2013, 13:41
hm, es gibt sie also die Dehnung. Müsste es dann nicht so sein, daß eine Dehnung an der richtigen Stelle die Falten kleiner macht?
Im Sinne von: Ein Gummiballon hat ja auch keine Falten. "Schwerer Stoff" glaube ich. Grüße Andi

WA
01.01.2013, 14:37
- Müsste es dann nicht so sein, daß eine Dehnung an der richtigen Stelle die Falten kleiner macht?


Ich denke, so langsam hast Du Pipos Zeichnung mit dem konvexen Zuschnitt der Bahnen verstanden! ;)
Dadurch soll die Faltenbildung an den Nähten verhindert werden.
(Ünbrigens, einer der neuesten Rooky´s den ich 2007 gesehen hatte war von Vorn bis Hinten übersäht mit Falten längs der Nähte.)

Die Segelmacher, die das Hochsegel / Bermudasegel entwickelt haben, arbeiten schon seit beinahe 100 Jahren mit dieser Technologie um einem geraden Fetzen Tuch eine definiert bauchige Form zu geben. Nur kannten sie das Wort 3D-Shaping nicht!

X-Dream Dani
01.01.2013, 16:37
Du erhöhst die Steifigkeit des Profils, weil du das Blatt in eine andere Form bringst. Andi, "biegen" ist für mich gleich zu setzen wie "in eine andere Form bringen". Vermutlich meinen wir schon das gleiche..... ;-)


Müsste es dann nicht so sein, daß eine Dehnung an der richtigen Stelle die Falten kleiner macht? Genau, schau dir die Schirme mit dem Silikontuch an. Die sind erstaunlich faltenfrei. Weshalb wohl?

Das 3D Shaping hat wenig mit der Faltenbildung zu tun! Wenn dem so währe, weshalb macht man nicht zwei oder drei oder sogar 10 solche Leistungsschnitte? Ja, ich weiss, die Schnitte kosten Geld, aber bei einem Wettkampfschirm spielt das doch kleine Rolle!

Also, 3D-Shaping optimiert die Profilform und reduziert nur marginal und lediglich punktuell die Falten.

Gruss

Dani

X-Dream Fly

pipo
01.01.2013, 17:49
Hi Andreas,


Aber das Ballooning beschreibt doch in erster Linie, dass sich das Tuch auf Grund der Luftkräfte die darauf wirken in eine Bogenform bzw. schlauchartig (je Kammer) Formt und nicht rechteckige Kammern bildet, oder?
Ja genau. Die Kenngröße für das Ballooning ist bei uns (Nova) Prozent. 5% Ballooning bedeutet beispielsweise, dass der Weg, den das Tuch von der einen Profilrippe zur nächsten macht, um 5% größer ist, als es die gerade Verbindung wäre (also 0% Ballooning).

Das Ballooning ergibt sich aus dem Innendruck und wird durch die Segelspannung in Spannweitenrichtung reduziert.
Würde nur der Innendruck wirken, würde sich das Zellvolumen maximieren: Das Ober- und Untersegel würde sich in Form eines Kreissegmentes ausbauchen.

Der Zug, der in Spannweitenrichtung wirkt, reduziert wie gesagt das Ballooning. Vorne an der Nase ist der Zug besonders groß und damit das Ballooning besonders klein. Weiter hinten am Flügel nimmt die Zugkraft ab und das Ballooning zu.

Theoretisch hat natürlich auch die Tuchdehnung eine Auswirkung auf das Ballooning. In der Praxis sind die verwendeten Tücher (in Richtung der Rip-Stop Fasern) allerdings so zugsteif, dass die Tuchdehnung für das Ballooning nicht relevant ist. Dazu kommt noch, dass viele moderne Schirme an der Eintrittsöffnung (dort ist die Spannung am größten) steife (z.B. Mylar-) Bänder eingenäht haben, die äußerst längenstabil sind. Diese Bänder nehmen dann einen großen Teil der Zugkraft auf.

Hi Andi,

hm, es gibt sie also die Dehnung. Müsste es dann nicht so sein, daß eine Dehnung an der richtigen Stelle die Falten kleiner macht? Im Sinne von: Ein Gummiballon hat ja auch keine Falten. "Schwerer Stoff" glaube ich. Grüße Andi
Ja durchaus. Weiches Tuch hilft durchaus, kleine Zugfalten zu reduzieren. (Wobei sich weiches Tuch und hartes Tuch vor allem durch die unterschiedliche "Querdehnung", als 45° zum Ripstopgewebe unterscheidet. In Richtung der Ripstopfasern dehnt sich auch weiches Tuch nicht sehr stark.)

Hi Lucian,


Einige neuere Schirmmodelle weisen ja heute schon ein mehrfaches "Shaping" an der Profilnase auf, mit mehreren Quernähten,
Noch was zu mehreren Quernähten:

Auf den ersten Blick mag es interessant erscheinen, das 3D-Shaping mit sehr vielen Quernähten zu optimieren.

Ich denke, der Hausverstand sagt einem aber, dass jede solche Quernaht leider auch die Strömung ein bisschen stört. Irgendwann ist der Störeinfluss dann größer als der Nutzen des 3D-Shapings.

Bei wie vielen Quernähten das Optimum liegt, hängt von vielen Parametern ab. So kann es sein, dass manchmal eine Quernaht optimal ist, und das andere Mal vielleicht fünf.

Ein solcher Parameter ist natürlich das Ballooning: Je größer das Ballooning, desto mehr bringt das 3D-Shaping. Bei einem Comp-Schirm der durch die vielen Zellen sehr wenig Ballooning hat, ist der Punkt schnell erreicht, wo eine Quernaht mehr eher schadet, als hilft.

Bei einem Schirm ganz ohne Ballooning (was nicht möglich ist) wäre die Quernaht absolut nutzlos und nur schädlich.

Jedenfalls macht das "Mehrfach-Shaping" logischerweise bei einem Comp-Schirm mit sehr vielen Zellen weniger Sinn, als bei einem EN-B Gerät mit weniger Zellen und mehr Ballooning.

vG!

P.

luaas
01.01.2013, 17:59
@Pipo: Ok, hab's jetzt verstanden und auf lu-glidz entsprechend aktualisiert. Danke für die guten Erklärungen.

Schaust Du: http://lu-glidz.blogspot.de/2012/02/leistungsdrang-4-3d-shaping.html

Lucian

Idefix
02.01.2013, 23:32
Die Segelmacher, die das Hochsegel / Bermudasegel entwickelt haben, arbeiten schon seit beinahe 100 Jahren mit dieser Technologie um einem geraden Fetzen Tuch eine definiert bauchige Form zu geben. Nur kannten sie das Wort 3D-Shaping nicht!

Vermutlich wird jede Art von 3D-Oberflächenformgebung als '3D-Shaping' bezeichnet.
Mit dem Zusammensetzen von ebenen Flächen geht das nunmal nicht vollkommen.
Bei 'nem Globus werden z.B. die Doppelkreissegmente verwendet.

Compterdarstellungen arbeiten mit den bekannten Dreiecks-Gitternetzen.
(*das* wär doch mal 'n innovativer Ansatz!)

Das Balloning (zellenanzahlunabhängig ca. 20%?) kommt erschwerend hinzu und kann durch 3D-Shapes gemindert werden.

Änliches wird in kleinerem Umfang für die Materialdehnung gelten.


Michael Nesler hat in einem seiner Bücher oder einem der DHV-Infos mal detailliert über 3D-Shaping ausgelassen.

Gruß,
Idefix.

Horst Altmann
07.01.2013, 10:27
@ Pipo
Hallo Pipo. Lese gerade mit einem Öha! deine Erklärungen zum Ballooning - gute Erläuterungen! Ich beschäftige mich hobby-mäßig ja auch mit einigen Überlegungen zu diesem Thema und da sind Bestätigungen, was mich freut.

Wenn ich mal meine Sicht hier anfügen darf: Ballooning ist die natürliche Reaktion des (biegeweichen) Stoffs um die normal wirkenden Druckkräfte (Differenz aus hohem Innendruck und niedrigerem Aussendruck) als Spannungen im Stoff "abzutransportieren". Das Segel verhält sich wie eine Membran und muss (!) sich krümmen um die Druckkräfte auffangen und schliesslich als interne Spannungen an die Rippen bzw. V-Bänder abgeben zu können. Dehnungen sind dabei gering und m.M. bzgl. Ballooning zu vernachlässigen.

An der Nase hat der Stoff wegen der hohen Profilkrümmung (Nasenrundung) bereits eine vorhandene Krümmung, mit der die Druckkräfte tw. aufgenommen werden können. Ich glaube, deshalb braucht es dort nicht mehr viel zusätzliches Ballooning in Spannweitenrichtung.

Meine Überlegungen gehen auch dahin, dass Ballooning auch von der örtlichen Profilhöhe (bzw. vom Verhältnis Höhe/Zellbreite) abhängt, und zwar so, dass geringe Höhe mehr Ballooning bewirkt (ergibt sich aus der geringeren Querkraft im Schirm). Deshalb auch mehr Ballooning in Richtung Hinterkante --> Mini-Ribs

Grüße, Horst

soundglider
07.01.2013, 15:56
Was ich faszinierend fände, wäre eine Bauweise, die weggeht von den klassischen Rippen/Bändern: Unter- und Obersegel sind nur noch verbunden durch eine sehr hohe Anzahl von dünnen Fäden, die ein nahezu perfektes Shaping der Oberseite ermöglichen (auf der Unterseite kann es nicht ganz perfekt sein, da die Kraft ja in die einzelnen Leinen überführt werden muss, die einzelnen Fäden müssen also in bestimmten Abständen auf der Unterseite zusammenlaufen. Dazu müsste man sich natürlich noch eine geniale Methode überlegen, wie man so etwas wirtschaftlich herstellen kann ;-)

X-Dream Dani
07.01.2013, 16:36
Hallo Horst,

Balloning ist deutlich komplexer als es hier dargestellt wird. Folgender Satz von Pipo kann als absolute Erklärung nicht verwendet werden:

"Das Ballooning ergibt sich aus dem Innendruck und wird durch die Segelspannung in Spannweitenrichtung reduziert."

Die Tatsache, dass auch Schirme die nur aus einem Obersegel bestehen, also Ozone XXLite oder der Spiruline von Little Cloud, ein Ballooning generieren zeigen klar, dass der Innendruck nicht der einzige Faktor für das Ballooning sein kann. Der Innendruck spielt sogar eine fast vernachlässigbar kleine Rolle.

Ohne deine Erklärung hier über den Haufen werfen zu wollen aber du liegst mit deiner Theorie nicht grundsätzlich falsch - bei klassischen Schirmen herrsch ein marginaler Überdruck im Schirm, der auch den Schirm aufbläst und ihm eine Form gibt, inklusive Ballooning - die Endform im Flug wird jedoch primär durch die Auftriebsverteilung und den Formwiderstand des Schirmes definiert. Der Segelschnitt (Segelsvorspannung) und die Materialdehnung sind die entscheidenden Größen die das Ballooning beim belasteten und umströmten Schirm definieren.


Gruss

Dani

X-Dream Fly

Seba
07.01.2013, 16:44
Hi klaggleiter,


Etwa so wie diese 3D Carbonfaser:

19573

Ja, das wäre sicher super.

Das in Kombination mit echt 3D laminierten Segel wie es North Sails schon macht

19574

19575

ergibt den perfekten Leistungsflügel:


Keine Naht
Glatte Oberfläche
Einlaminierte Fäden zur Krafteinleitung


Der Fertigungsprozess wäre radikal anders als der heutige Prozess. Aufwand und damit das Risiko der Entwickung sind hoch, die Vorteile könnten enorm sein...

Hoffentlich traut sich ja doch irgendwann mal ein Hersteller da dran? Vielleicht ist es nur eine Frage der engen Zusammenarbeit von Tuchhersteller und Gleitschirm-Designer. Echt aufwändig ist es ja schon heute das Tuchmaterial herzustellen (https://www.youtube.com/watch?v=SNJCtk3JI1I). 3D wäre halt anders aufwändig.


Grüße, Sebastian

JHG
07.01.2013, 18:01
Was ich faszinierend fände, wäre eine Bauweise, die weggeht von den klassischen Rippen/Bändern: Unter- und Obersegel sind nur noch verbunden durch eine sehr hohe Anzahl von dünnen Fäden, die ein nahezu perfektes Shaping der Oberseite ermöglichen (auf der Unterseite kann es nicht ganz perfekt sein, da die Kraft ja in die einzelnen Leinen überführt werden muss, die einzelnen Fäden müssen also in bestimmten Abständen auf der Unterseite zusammenlaufen. Dazu müsste man sich natürlich noch eine geniale Methode überlegen, wie man so etwas wirtschaftlich herstellen kann ;-)

Interessanter Ansatz. Die Oberseite hätte dann lauter kleine Dellen ähnlich der Oberfläche eines Golfballs. Bekanntlich hat ein Golfball mit diesen Dimples einen deutlich geringeren Widerstand als einer ohne.

http://www.focus.de/wissen/technik/aerodynamik-der-perfekte-golfball_aid_350320.html

Im beschleunigten Flug wenn der induzierte Widerstand absinkt und der Formwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit steigt bringt das vielleicht noch eine deutliche Reduktion des Gesamtwiderstands. Dass rauhe Oberflächen bei ähnlichen Reynoldszahlen wie bei unsren Schirmen noch was bringen sollen zeigt die Idee mit der "Haifischhaut" auf Autos: http://www.sturmunddrang.de/en/node/117012

Andrerseits sind die Oberflächen unsrer Schirme ohnehin schon relativ rauh verglichen mit zB. Autolacken.

Interessant wäre auch der Ansatz den die Segelmacher für Hitech Segel anwenden. Da werden die Segel direkt auf Formen laminiert und nicht mehr mit unterschiedlichen Radien (wie klassischerweise) zusammengenäht um die Wölbung zu erzeugen. Gelitschirme würden mit dieser Technikt wohl viel zu schwer werden, vielleicht gibt es aber geeignete Materialien die man "aufbügeln" könnte ähnlich der Folien die die Modellbauer zum Bespannen ihrer Tragflächen verwenden.

Edit: @Seba, genau das meinte ich, sorry Posts haben sich überschnitten.

Seba
07.01.2013, 18:52
Interessant wäre auch der Ansatz den die Segelmacher für Hitech Segel anwenden. Da werden die Segel direkt auf Formen laminiert und nicht mehr mit unterschiedlichen Radien (wie klassischerweise) zusammengenäht um die Wölbung zu erzeugen. Gelitschirme würden mit dieser Technikt wohl viel zu schwer werden, vielleicht gibt es aber geeignete Materialien die man "aufbügeln" könnte ähnlich der Folien die die Modellbauer zum Bespannen ihrer Tragflächen verwenden.

Hi Sepp,

genau diese Technik zeigen die Bilder in meinem Beitrag weiter oben. Nein, schwerer wird dadurch der Gleitschirm auf keinen Fall sondern vielleicht sogar leichter. North Sails ist die führende Firma bei den 3D Segeln und zu North Sails gehört auch Cubic Tech (http://www.cubictechnology.com/company.htm), der Hersteller von dem sehr, sehr leichten und stabilen Cuben Fiber. Wenn z.B. 19g/m2 Cuben Fiber als Basismaterial verwendet würde, könnten die anderen Bauteile, also auch die Fäden zum Abspannen, noch einiges wiegen und die Kappe wäre immer noch sehr leicht. Das schöne an der Technik ist, dass Verstärkungsfäden genau da einlaminiert werden wo sie von der Krafteinleitung her gebraucht werden. Weniger belastete Stellen des Segels sind dünner.

Grüße, Sebastian

pipo
07.01.2013, 20:55
Hallo Horst,

Wenn ich mal meine Sicht hier anfügen darf: Ballooning ist die natürliche Reaktion des (biegeweichen) Stoffs um die normal wirkenden Druckkräfte (Differenz aus hohem Innendruck und niedrigerem Aussendruck) als Spannungen im Stoff "abzutransportieren".
Ja genau - und du sprichst korrekt von "Druckdifferenzen", und nicht wie ich einfach vom "Innendruck".
Damit meinte ich aber natürlich auch den Innen-Überdruck, der sich aus der Differenz zwischen Innen- und Außendruck ergibt.

Das sollte dann übrigens auch zur Lösung des "Rätsels" beitragen, warum Einfachsegler ein Ballooning haben. (Eben natürlich wegen der Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite)


Das Segel verhält sich wie eine Membran und muss (!) sich krümmen um die Druckkräfte auffangen und schließlich als interne Spannungen an die Rippen bzw. V-Bänder abgeben zu können.Ja, nachdem keine Biegesteifigkeit vorhanden ist, führt die Druckdifferenz unweigerlich zum Ausbauchen.

Dehnungen sind dabei gering und m.M. bzgl. Ballooning zu vernachlässigenJa, das schätzt du richtig ein.


Meine Überlegungen gehen auch dahin, dass Ballooning auch von der örtlichen Profilhöhe (bzw. vom Verhältnis Höhe/Zellbreite) abhängt, und zwar so, dass geringe Höhe mehr Ballooning bewirktAbsolut! Die Profilhöhe (relativ zur Zellbreite) nimmt ja mit mehr Zellen zu. Und deshalb hat ein Hochleister deutlich weniger Ballooning als ein Speedschirm mit sehr wenig Zellen.

An der Hinterkante geht die Profilhöhe gegen null. Würde dort keine Zugkraft in Spannweitenrichtung wirken, dann würde der Schirm soweit "balloonen" bis exakt ein Kreis beschrieben wird. (Der kreisförmige Querschnitt bedeutet maximales Volumen. Wirkt nur der Innen(über)druck, so wird sich immer die Form des größten Volumens einstellen!)


An der Nase hat der Stoff wegen der hohen Profilkrümmung (Nasenrundung) bereits eine vorhandene Krümmung, mit der die Druckkräfte tw. aufgenommen werden können. Ich glaube, deshalb braucht es dort nicht mehr viel zusätzliches Ballooning in Spannweitenrichtung.Das stimmt so nicht. Die Profilkrümmung ersetzt nicht das Ballooning. Der Grund für das geringe Ballooning an der Nase ist die große Spannung in Spannweitenrichtung und auch die kleine Druckdifferenz zwischen Schirminnen,- und Außenseite an dieser Stelle. (Nahe dem Staupunkt)


In folgendem Beispiel wirkt nur der Innendruck. Die Biegung ändert nichts am Ballooning! (Hier spielt allerdings die Materialdehnung eine erhebliche Rolle ;) )
19578

vG!

P.

Horst Altmann
22.01.2013, 13:00
Hallo Pipo,

Ich wollte dazu nochmal was anmerken:

Meine Beobachtung ist, dass sich das Ballooning außerhalb der Nase als eher gleichmäßiger Kreisbogen (von Rippe zu Rippe) zeigt während an der Nase (hauptsächlich Oberseite) die Ballooning-Form anders ist. Dort hat man eher eine "elliptische" Form, die ich mal so beschreiben möchte: In der Nähe der Rippen macht der Stoff innerhalb eines kleinen Bereiches (<5cm) in etwa einen Viertelkreis. Der Rest des Stoffes ist dann nur noch leicht gekrümmt. Man kann das ganz gut an Fotos sehen, zB am aktuellen Titelbild des DHV. Das bist ja du, oder? Übrigens: Ein sehr gelungenes Foto mit den Wirbel-Strukturen unten im Eis. Saugut!

So. Wenn es nun so wäre, dass das Segel entlang des Profils immer "gleichartig" durch Spannungen in Spannweitenrichtung belastet wäre, dann sollte sich auch entlang des Profils "gleichartige" Ballooning-Formen einstellen, also überhalb Kreisbögen. Das hat man aber m.M. nach nicht an der Nase. Deshalb ist hier offensichtlich etwas anders. Ich hab dazu ja mal FSI-Simulationen durchgeführt, siehe Bild. Ich denke, man kann an dem FSI-Ergebnis auch sehen, dass die Ballooning-Form an der Nase anders ist also am Rest des Profils (besonders Unterseite mit kreisbogenförmigen Ballooning), wo die Geometrie weniger gekrümmt ist. Eine detailliertere Analyse der Spannungen im Nasenbereich zeigt mir dann auch, dass hier Spannungen "diagonal" verlaufen, also nicht nur in Spannweitenrichtung, sondern auch längs der gekrümmten Profilkontur. Ich denke also schon, dass hier die "natürliche" Stoffkrümmung das Ballooning mit beeinflusst.

Grüße, Horst

pipo
23.01.2013, 12:37
Hallo Horst,


Eine detailliertere Analyse der Spannungen im Nasenbereich zeigt mir dann auch, dass hier Spannungen "diagonal" verlaufen, also nicht nur in Spannweitenrichtung, sondern auch längs der gekrümmten Profilkontur.
Klar, du hast in der Mitte der Zelle eine Spannung in Profiltiefen-Richtung. Die ergibt sich eben daraus, dass durch die Krümmung um zwei Achsen, die Obersegelbahn in Zellmitte de facto zu kurz ist. (das soll ja das 3D Shaping ausgleichen)

Wenn das Tuch darüber hinaus (wie in deinem FSI-Modell) nicht die Möglichkeit hat, am Zellrand Falten zu werfen, dann ist die oben erwähnte Spannung in Zellmitte schnell einmal so hoch, dass sie das Ballooning limitiert, wie man deutlich an deinem Screenshot sehen kann.

In der Praxis wird der Effekt zwar (eben durch das Faltenwerfen) kleiner sein, er wird aber noch immer da sein. Da hast du recht.

Ich glaube aber, dass deine ursprünglicher Erklärung dafür falsch ist:

An der Nase hat der Stoff wegen der hohen Profilkrümmung (Nasenrundung) bereits eine vorhandene Krümmung, mit der die Druckkräfte tw. aufgenommen werden können.
Es ist nicht so, dass die Profilkrümmung die Druckkraft irgendwie aufnimmt.
Sondern die (oben erklärte) in Folge der beiden Krümmungen entstehende Spannung in Zellmitte limitiert das Ballooning.


Man kann das ganz gut an Fotos sehen, zB am aktuellen Titelbild des DHV. Das bist ja du, oder?
Das steht falsch im Heft: Ich bin der Fotograf, nicht der Pilot. (das ist Mike Küng)
Die Strukturen im Eis waren einmalig! Das Swissglider hat auch ein Bild, das am Tag darauf entstanden ist, abgedruckt: http://www.shv-fsvl.ch/typo3temp/pics/3e99500093.jpg
Das hier gab's schon auf der Nova-Website: http://nova-wings.com/images/news/eis.jpg

vG!

P.

Horst Altmann
25.01.2013, 13:03
Hallo Pipo,

Evtl. war mein Punkt nicht klar genug formuliert. Ich versuch's nochmal logisch aufzubereiten:

Am Segel wirken normal gerichtete Druckkräfte --> diese werden über Spannungen im Segelstoff aufgenommen und in die Rippen transportiert --> dazu braucht es (bedingt) Krümmung des Stoffs (Membranverhalten) --> wo Stoff gerade war ergibt sich Ballooning / wo Stoff bereits gekrümmt (Nase) kann diese Krümmung asugenutzt werden --> weniger/anderes Ballooning im Nasenbereich.

Das FSI-Modell hat adaptives Verhalten und kann so Faltenbildung simulieren.

Hab hier noch ein Bild ausgegraben mit einer Darstellung der Segelspannungen in Spannweiten- und Längsrichtung. Es zeigt sich, dass Spannung da gross sind, wo auch am Segel der stärkste Unterdruck vorliegt. Ist ja auch klar. An der Nase selbst sind die Spannungen wieder klein, da ist ja auch weniger Druckdifferenz.

Grüße, Horst