Composite-Stehendes Gut für Segelboote – Materialoptionen

Nachdem wir die erheblichen Vorteile einer Gewichtsreduzierung im Rigg oben am Mast (siehe vorheriger Blog hier) aufgezeigt haben, möchten wir als Nächstes die am Markt verfügbaren Optionen für Verbundwerkstoff-Riggdrähte betrachten. Bevor wir dazu kommen, müssen wir jedoch einen kleinen Abstecher zu den grundlegenden Materialeigenschaften machen, um einen Hintergrundkontext zu liefern.

Physikalische Materialeigenschaften sind ein technisches Thema und die Kennzahlen variieren erheblich je nach Hersteller, Prüfverfahren und verwendeten Proben. Die nachstehende Tabelle stellt eine Korrelation von Daten aus mehreren Quellen dar und spiegelt die relativen Eigenschaften einer Reihe unterschiedlicher Materialien wider. Hinweis: Dies sind theoretische Werte für das Material selbst; fertige Produkte (Kabel, Stäbe, Drähte) haben ihre eigenen spezifischen Eigenschaften, die in der Regel unter den theoretischen liegen.

Quellen: òToyobo Zylon Datenblatt, tToray T800, YDSM Dyneema Datenblatt, *Matweb

Terminologie

    - Elastizitätsmodul – dies ist ein Maß für die Steifigkeit des Materials. Je größer die GPa-Zahl, desto steifer das Material.

    - Dichte – gibt einen Hinweis auf das relative Gewicht bei gegebener Festigkeit/Steifigkeit

    - Maximale Festigkeit – ist die Belastung bis zum Versagen

    - Bruchdehnung – dies ist die prozentuale Längenzunahme bis zum Versagenspunkt (einer Laborprobe)

Diskussion

Nylon/Baumwolle/Polyester/Hanf sind aus Interesse aufgeführt. Hanf und Baumwolle waren traditionelle Materialien bei Segelschiffen für stehendes Gut und Segeltuch und zeigen, wie weit sich die Technik weiterentwickelt hat.

Stahldraht ersetzte Hanf als stehendes Gut ab Mitte der 1800er Jahre und ist bis heute das Standardmaterial für die meisten Boote. Draht ist 6x steifer als Hanf und hat die doppelte Festigkeit, geht jedoch mit einem erheblichen Gewichtsnachteil einher. Haltbarkeit, Zuverlässigkeit, einfache Handhabung und serientaugliche Fertigungstechniken führten zur Dominanz von Draht. In Bezug auf das reine Festigkeit-Gewicht-Verhältnis war Hanf jedoch kein schlechtes Material!

Die Performance-Option bei metallischem stehendem Gut ist Nitronic 50 Stab. Nitronic ist eine durch Stickstoff verfestigte Stahllegierung und wurde in den 1960er Jahren entwickelt. Die grundlegenden Materialeigenschaften sind stärker und leichter als Edelstahldraht; zudem führt die Tatsache, dass es sich um einen Vollstab statt um verdrillten Draht handelt, zu einer deutlichen Durchmesserreduzierung bei gleicher Steifigkeit, was den Windwiderstand verringert.

Die Revolution beim synthetischen Rigg begann recht langsam mit der Einführung von Aramidfasern in den frühen 80er Jahren. Ein Kevlar-49-Kabel, auf die gleiche Steifigkeit ausgelegt, wäre ca. 70% leichter und 7x stärker als Nitronic-50-Stab. Die andere große Entwicklung war die extrem geringe Bruchdehnung (2,4%), was bedeutet, dass die Faser unter hoher Last „steht“ und sich nicht verformt bzw. verlängert, bis sie bricht. Das ist für stehendes Gut im Hinblick auf das Halten der Riggeinstellung sehr wichtig. Der einzige Nachteil von Kevlar ist, dass man viel Faser braucht, um die gleiche Steifigkeit zu erreichen, was im Vergleich zu Stab einen deutlich größeren Durchmesser bedeutet.

PBO (Zylon) kam Anfang der 90er Jahre in die Segelszene; Produkte mit Carbon-Rigg folgten Anfang der 2000er. Diese beiden Materialien haben sehr ähnliche Eigenschaften und sind ca. 45% steifer, 80% leichter und 8-mal stärker als Nitronic-Stab. Es gibt Herausforderungen bei der Herstellung dieser Materialien zu Kabeln für stehendes Gut, aber bei einem Kabel mit gleicher Steifigkeit sind sie im Durchmesser mit Draht/Stab vergleichbar und bieten gleichzeitig erhebliche Vorteile bei Gewicht und Festigkeit.

In den letzten 20 Jahren haben sich Carbon, PBO und Kevlar daher als Optionen für leichtes, hochfestes stehendes Gut etabliert. Obwohl es möglich ist, seitliches stehendes Gut aus Kevlar aufzubauen, ist das aufgrund des Durchmessers relativ selten. Ein Nitronic Dash 17 Stab hat beispielsweise einen Durchmesser von 8,4mm – in PBO wäre das dehnungsgleiche Kabel ca. 9,5mm, Kevlar läge eher bei 14mm. Kevlar ist daher hauptsächlich auf Achterstage größerer Yachten beschränkt, wo es dennoch eine Gewichtsersparnis von 70% gegenüber Draht/Stab liefern kann.

Dyneema®, ein bekannter Markenname für Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene (UHMWPE), wurde etwa zur gleichen Zeit wie Aramidfasern entwickelt. Es ist (je nach Typ) etwas steifer als Kevlar, ähnlich fest, aber extrem leicht. UHMWPE wurde jedoch bislang nicht breit für stehendes Gut eingesetzt – aus einem Grund: Es kriecht. Bei 30 Grad unter konstanter Last (10% der Bruchlast) wächst es physisch (SK75 - 0,02%/Tag, SK78 - 0,006%). Bei einem 15m-Kabel entspricht das für SK75 ca. 8% / 1,1m in 365 Tagen und für SK78 2,2% / 330mm.

Dennoch – Dyneema ist eine kosteneffiziente und unglaublich zuverlässige bzw. langlebige Faser, und bei kleineren Booten (unter 45ft) wächst die Community von Seglern, die diese Herausforderungen anpassen und Wege finden, sie zu beherrschen. Das kann durch lange Laschings an den Terminals erfolgen, sodass Kriechen „nachgenommen“ werden kann, und auch durch ein Überdimensionieren des Kabels, was die Kriechrate reduziert. Bei größeren Booten wird es physisch unmöglich bzw. unpraktisch, die erforderliche Riggspannung mit einer Lasching aufzubauen.

Zusammenfassung

Für Performance-Segler und größere Yachten sind PBO und Carbon die primären Materialoptionen für stehendes Gut. Für Sportboote und kleinere Yachten können diese Materialien/Produkte jedoch kostenseitig zu anspruchsvoll werden, und es gibt einen zunehmenden Trend zu DIY-Dyneema®-Rigg-Lösungen.

Wenn Sie die Optionen für eine Nachrüstung auf Verbundwerkstoff-Rigg an Ihrem Boot prüfen möchten, kontaktieren Sie uns bitte unter [email protected] oder klicken Sie unten, um unser gesamtes Sortiment zu sehen:

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