3D Shaping - Erklärung

[X-Dream Dani]

AW: 3D Shaping - Erklärung

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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

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 reduziert

Das 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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

- 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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

@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/...d-shaping.html

Lucian

[Idefix]

AW: 3D Shaping - Erklärung

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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

@ 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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

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]

AW: 3D Shaping - Erklärung

Hi klaggleiter,


Etwa so wie diese 3D Carbonfaser:



Ja, das wäre sicher super.

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





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. 3D wäre halt anders aufwändig.


Grüße, Sebastian