Ein besonderes Modell

  • Einleitung

    Durch einen Kameraden hier im Forum wurde ich auf die STRAIT RAVEN, einem kanadischen multi-purpose supply tug aufmerksam, der mir sofort gefiel. In meiner Vorstellung habe ich bereits darauf hingewiesen, mich reizt der Bau von Modellen, nach seltenen Vorbildern, die nur gelegentlich zu sehen sind.


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    Bild 01 Das Vorbild


    Vorstellung des Modells

    Es handelt sich bei dem geplanten Modell um einen Mehrzweck-Versorgungsschlepper mit erhöhtem focsle-head (oder forecastle = erhöhtes Bugdeck) und Aufbau, sowie großem, breitem, lichtem Arbeitsdeck achtern. Ab mittschiffs geht der Rumpf in die Form eines modifizierten „Springers“ über. Das Vorbild ist für die Arbeit an abgelegenen, flachen Standorten ausgelegt und verfügt über die außergewöhnliche Fähigkeit zur Handhabung auf engem Raum.


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    Bild 02 Steuerbord


    Bild 03 Bugansicht.jpg


    Bild 03 Bugansicht


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    Bild 04 Heckansicht


    Arbeitsbeginn

    Meine Modelle baue ich grundsätzlich zunächst im Computer in 3D-Darstellungen und ohne Maßstab. Als Vorlage für die STRAIT RAVEN diente mir eine Veröffentlichung aus dem Internet. Anfragen nach Unterlagen bei der Werft und bei der Reederei blieben unbeantwortet.


    Bericht wird fortgesetzt.

  • TEIL 2


    Ein besonderes Modell.


    Konzeption

    Mein Entwurf zeigte, es läßt sich ein sehr einfaches Modell, um zwei große Hohlräume (Kästen) herum, gestalten. Damit ergab sich weiterhin, daß hauptsächlich Halbspanten notwendig sind, die auch die Kästen stabilisieren.

    Der Rumpf läßt sich bequem anfertigen, aus dem Heckspiegel und dem Boden des größeren Kastens, plus drei lange Platten je Seite, die auf die Spanten geklebt werden. Zwei Wellenschächte werden von unter in den großen Kasten eingelassen. Für die Montage der Stevenrohre sind alle Vorrichtungen (Spanten und Keile) in den Wellenschächten vorgesehen. Der gesamte Rumpf wird durch ein zweigeteiltes Deck verschlossen, in das Öffnungen, in der Größe der Kästen, geschnitten werden.


    Der Antrieb einschließlich der Ruder und des Bugstrahlruders wird anschließend in einer EXCEL-Tabelle eingehend berechnet, auf der Grundlage der Werte des Vorbildes. Dann wird wieder gezeichnet und nach Zeichnung alles angefertigt.


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    Bild 05 Großer Raum


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    Bild 06 Kleiner Raum


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    Bild 07 Wellenkästen


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    Bild 08 Die Spanten


    Bild 09 3D-Ansicht Rumpf.jpg


    Bild 09 3D-Spantengerüst



    Bericht wird fortgesetzt.

    Mit einem Gruß, Wolf


    - alle sagten: „Das geht nicht!“, bis der kam der es machte.

    Edited once, last by woldig ().

  • TEIL 3


    Ein besonderes Modell.


    Maßstab

    Da ich jetzt mit dem Bau des Modells beginnen will muß ich mich für einen Maßstab entscheiden. Es soll ein Modell werden das man gut transportieren kann, daher habe ich mich für eine Länge von ca. 80 cm entschieden, was einem Maßstab von 1:25 etwa entspricht.


    Berechnungen

    Bevor ich mich mit der Berechnung des Modells beschäftigen kann muß ich noch einige Informationen bestätigen. Da ist zunächst der Tiefgang. Ich habe drei Angaben zum Tiefgang:


    1. „design draft“ = 6,5ft oder 7,5ft,

    2. „depth at midship“ = 11ft,

    3. „design water line“ = 6,75ft.


    Der Tiefgang hat Einfluß auf die Verdrängung des Modells und zwangsläufig auch auf die Antriebsleistung. Zur Festlegung des Tiefganges meines Modells bin ich zum Computer zurückgekehrt, um die Schwimmwasserlinie zu definieren und den Völligkeitsgrad der Verdrängung zu berechnen.


    Tiefgang

    Die Schwimmwasserlinie ist die Wasserlinie bis zu der das Modell in das Wasser eintaucht. Sie ist nur selten die Konstruktionswasserlinie, da das fertige Modell gewöhnlich eine andere Verdrängung hat als angenommen. Ich habe die Schwimmwasserlinie für mein Modell auf 82,4 mm festgelegt, gemessen vom tiefsten Punkt des Modells.


    Anmerkung

    Die teilweise ungeraden Maßangaben resultieren aus der Umrechnung vom Zollsystem in das Metrische System, dividiert durch den Maßstab.


    Völligkeit

    Bei der maßstäblichen Umrechnung der Antriebsleistung muß es zu einer Überdimensionierung für das Modell kommen. Das Original ist erheblich übermotorisiert, weil es auch in stürmischer See in der Lage sein muß Lasten zu ziehen oder zu transportieren, was beim Modell entfällt.


    Die maßstabsgerechte Antriebsleistung für das Modell läßt sich über seinen Völligkeitsgrad und seine Verdrängung annähernd genau errechnen.


    Unter dem Völligkeitsgrad oder der Völligkeit versteht man im Schiffbau das Verhältnis:

    1. einer beliebig geformten Fläche zur Fläche des umschreibenden Rechtecks

    und

    2. eines beliebig geformten Körpers zum Volumen des umschreibenden Quaders.


    Bild 10 Umschreibendes Quadrat.jpg


    Bild 10 Das umschreibende Rechteck


    Bild 11 Umschreibender Quader.jpg

    Bild 11 Der umschreibende Quader


    Völligkeit ermitteln

    Zunächst habe ich ein Rechteck gezeichnet mit den Maßen: Breite = 244 mm (Breite Hauptspant), Höhe = 82,4 mm (Tiefgang, Wasserlinie).


    In das Rechteck habe ich dann nacheinander die Spanten gestellt, die unterhalb der Wasserlinie reichen (siehe: Bild 10 Das umschreibende Rechteck). Die eingetauchte Fläche der einzelnen Spanten wurde jeweils ausgemessen und notiert (siehe: Tabelle 1).


    Spant Fläche mm2

    3 3.448,26

    4 7.695,59

    5 11.868,90

    6 14.430,00

    7 15.477,54

    8 14.778,95

    9 14.218,78

    10 11.469,88

    11 9.370,79

    12 7.372,76

    13 6.733,13

    14 5.741,99

    15 4.677,44

    16 4.167,56

    17 1.406,29

    Summe 132.857,86


    Dann habe ich das arithmetische Mittel gebildet, 132.857,86 mm2 : 15 = 8857,19 mm2, und die Verdrängung berechnet 8857,19 mm2 x 759,20 mm = 6.724.378,65 mm3.


    Der nächste Rechenschritt ist nun die Ermittlung de Volumens des umschreibenden Quaders: 244 mm x 82,4 mm x 759,20 mm = 15.264.171,52 mm3.


    Der Völligkeitsgrad wird auch Blockkoeffizient (CB) genannt und wie folgt errechnet:


    CB = V / L x B x T CB = 6.724.378,65 mm3 : 15.264.171,52 mm3                CB = 0,44        


    V = Volumens des Unterwasserschiffes

    L = Länge (Wasserlinie)

    B = Breite (Wasserlinie)

    T = Tiefgang


    Ein Völligkeitsgrad 0,44 für mein Modell hat mich überrascht, da der Völligkeitsgrad für Schlepper allgemein mit ca. 0,58 angegeben wird.


    Bericht wird fortgesetzt.

    Mit einem Gruß, Wolf


    - alle sagten: „Das geht nicht!“, bis der kam der es machte.

    Edited once, last by woldig ().

  • Hallo Wolf,

    ich finde es ausgesprochen großartig, wie Du hier Deine Vorgehensweise dokumentierst. Chapeau!

    Deine Überraschung zum Völligkeitsgrad hätte ich auch geteilt, wenn nicht die für eine Schlepper tatsächlich nicht gewöhnliche Rumpfform bereits die Erklärung liefert. Der Boden steigt zum Heck hin an den Seiten relativ stark an, so dass ein Großteil der hinteren Spanten nur noch wenig in den umschreibenden Quader "hineintaucht". Damit nehmen Sie an der Verdrängung nicht mehr so stark teil und schon sinkt der Blockkoeffizient.

    Mit errechneten ca. 6,7 kg ist es dann aber trotzdem ein "Bröckchen" und bietet wahrscheinlich genug Freiheiten für entsprechende Ausrüstung.

    Ich werde sehr gerne hier mit entsprechender Verpflegung :pr: in der ersten Reihe Platz nehmen und die weiteren Schritte mit großem Interesse verfolgen.

  • Hallo Wolfgang,


    DANKE für Deine anerkennenden Worte.


    Mit diesem Modell will ich die mehr oder weniger gewohnte Routine verlassen und ein gänzlich neues Werk erstellen.

  • Moin Wolf,


    eine schöne Dokumentation machst du hier, danke dafür!


    Ich bin gerade dabei einen "Asterix" von Modelmast zu bauen . Der hat einen sehr ähnlichen Rumpf.

    Länge x Breite (der Wasserlinie) x Tiefgang ist 7,85 x 3,1 x 1,23 (dm). Um auf die Wasserlinie zu kommen muss das Teil 15kg verdrängen.


    Das ergibt einen Völligkeitsgrad von 0,5. Somit passen deine 0,44 doch recht gut. Eine kleine Unsicherheit sehe ich in der Bildung des arithmetischen Mittels der Spantenflächen - Im Ergebnis würde ich von etwas mehr Verdrängung ausgehen.


    Gruß Martin

  • Hallo Martin,

    habe ich da etwas übersehen oder willst Du einen Baubericht über Deine „Asterix“ veröffentlichen?


    Du hast völlig recht ich verwende ein Annäherungsverfahren zur Bestimmung der Verdrängung. Die Genauigkeit ließe sich steigern, wenn man die Anzahl der verwendeten Spanten erhöhen täte und beispielsweise Wellenstümpfe, Propeller, Ruder, Anoden usw. in die Erfassung der verdrängenden Elemente mit einbeziehen würde, nur wieviel Hundertstel würde es ergeben. Üblicherweise verwendet man m. E. für die Berechnung des Blockkoeffizienten (CB) die Abmessungen der Schwimmwasserlinien und des Tiefganges.

  • TEIL 4


    Ein besonderes Modell.


    Modellgewicht

    Gemäß meiner vorstehenden Berechnungen hat mein Modell eine Verdrängung von 6.724.378,65 mm3. Dividiere ich nun diese Menge durch 1 x 106, dann erhalte ich das Ergebnis in Kubikdezimeter (dm3) oder Liter (l). Da es sich bei dieser Berechnung um die Verdrängung von Wasser handelt kann ich Liter gleich Kilogramm (kg) setzen.


    D. h., mein Modell wird 6,72 kg wiegen, da es etwa 6,72 l Wasser verdrängen wird.


    Antriebsleistung

    Bekanntlich kann man Schiffsneubauten nicht sehr genau berechnen. Deshalb werden an Modellen, der geplanten Schiffsneubauten, die Konstruktionen der Schiffe in Schiffsbauversuchsanstalten bestätigt und optimiert.


    Aufgrund fehlender Voraussetzungen müssen für die Berechnungen, von Schiffsmodellen im Hobbybereich, Kompromisse eingegangen werden, wie beispielsweise bei der Modellgeschwindigkeit (siehe: Froude).


    Für die Berechnung der Antriebsleistung für Modellschiffe, hier Verdränger, gibt es mehrere Vorschläge, beispielsweise von Herrn Dr. G. Miel oder in den Veröffentlichungen „modell“, „Modellbau und Basteln“ oder auch MODELL-WERFT. Ich rechne wie folgt:


    P = 3 x V3 x √G P = Leistung in Watt (W)

    V = Modellgeschwindigkeit nach Froude in m/sec

    G = Modellgewicht in kg


    P = 3 x 1,033 m/s x √6,72 kg


    P = 8,50 W


    Um dieses Modellschiff, mit 6,72 kg Verdrängung, bei modellgemäßer Geschwindigkeit nach Froude, anzutreiben müssen 8,5 W Leistung in das Wasser eingebracht werden.


    Die von den Motoren aufgenommene Leistung muß jedoch größer sein, da Motoren einen Wirkungsgrad (Eta = п) haben, in den Lagern der Propellerwellen Reibungsverluste auftreten und die Schiffspropeller ebenfalls einen Wirkungsgrad haben, der in Form von Schlupf auftritt.


    Mehr zu diesen Themen werde ich bei der Auswahl der Motoren berichten.



    Bericht wird fortgesetzt.

  • Moin Wolf,

    ist dir diese Seite bekannt ?


    Wenn die o.g. Seite dein Vorbild darstellt, dann habe ich aus der Original(?)-Zeichnung eine CWL-Länge von 0,953 x L.ü.a bei einem Tiefgang von 2,10 m herausgelesen.


    Damit ergäbe sich für dein Modell eine CWL-Länge von 19,8m * 0,953 : 25 = 0,755 m.


    Daraus die Rumpfgeschwindigkeit nach Froude:


    vR = 1,25 * WURZEL ( 0,755 m ) = 1,0859 m/s



    Und folgende Leistung nach G.Miel:


    P = 3 * 1,08593 * WURZEL ( 6,72 kg )

    = 3,84 * 2,59

    = 9,95 W



    Zum Vergleich:

    Aus den Angaben des Originals von max. 10 kn ergibt sich die Modellgeschw. v zu:


    v = 10 kn : 1,852 : WURZEL ( 25 )

    = 1,0799 m/s gerundet auf 1,08 m/s


    Und die Wellenleistung des Modells nach dem Original für 10 kn von 1200 HP:


    PMod = POrig * M3

    = 882 kW * 0,043

    = 56 W


    Anmerkung in eigener Sache:

    Bei dieser Berechnung ist eine Halbierung des Propellerwirkungsgrades durch die Verkleinerung bereits berücksichtigt. Hierdurch verdoppelt sich im Modell die notwendige Propellerwellenleistung.



    Und noch'n Vergleich:

    Nach Fischer-Panda kann man ca. 2,5 W / kg oder 2,5 kW / t für Rumpfgeschwindigkeit ansetzen.


    Danach ergäbe sich eine Wellenleistung für dein 6,7 kg-Modell von;


    P = 2,5 W / kg * 6,7 kg = 16,75 W



    Nun bin ich gespannt wie deine Berechnungen und Tests ausfallen, um die eine oder andere Methode zu verifizieren.


    M.f.G. Jörg

  • Guten Tag, Jörg.


    Die Seite von E.Y.E. Marine Consultants, einschließlich der Zeichnung „GENERAL ARRANGEMENT“ sheet 2 of 2, kenne ich. Die Zeichnung war die Vorlage für die Konstruktion meines Modells, das bisher nur in meinem Computer steht. Außer dieser Referenz sind mir weitere und in mancher Hinsicht verbindlichere Informationen bekannt.


    Zunächst gilt es einen Irrtum aufzuklären, - falls ein solcher besteht. Du beziehst Dich in Deinen Ausführungen auf die Zeichnung von E.Y.E. MC, ich hingegen bewerte ausschließlich meine Konstruktion.


    Meine Konstruktion muß marginale Fehler enthalten, da sie Strich für Strich von der E.Y.E.-Zeichnung kopiert wurde. Ich arbeite mit ACAD (Vollversion) und habe zunächst die Bemaßung für das Kopieren auf Fuß (`) eingestellt. Dann habe ich meine Zeichnung 1:1 für die LOA auf 65 ft skaliert. Nächster Schritt war nun die Umstellung auf das metrische System. Jetzt ist meine Modellzeichnung 19.812 mm lang. Der letzte Schritt was die gesamte Zeichnung durch den Maßstab (1:25) zu dividieren. Die LOA ist danach mit 792,48 mm bemessen. Diese 792,48 mm sind das Urmaß meiner Konstruktion auf das ich alle weiteren Abmessungen referenziere.


    Anmerkung

    Durch das Kopieren ist eine Vektorgrafik in meinem Computer entstanden. Es ist unerheblich welches Maß oder welchen Zoomfaktor ich wähle das Verhältnis der einzelnen Vektoren zueinander bleibt immer gleich, nur die Darstellung auf dem Monitor ändert sich.


    Nun aber zur Rumpfgeschwindigkeit. Die Kernaussage lautet: „Die Länge der Wasserlinie ist bestimmend für die theoretische Höchstgeschwindigkeit des Modells in Verdrängerfahrt“. Die Wasserlinie (LWL) ist gegeben wenn das Modell schwimmt. Es ist also nicht die Konstruktionswasserlinie (KWL).


    Die KWL markiert eine theoretische Tiefgangsmarke für ein Schiff ohne jede Zuladung und Ausrüstung, beispielsweise ohne: Treib-/Schmierstoffe, Wasser, Vorräte, Personal usw. Folglich ist die Berechnung der Rumpfgeschwindigkeit, die sich auf die KWL bezieht unrichtig. Folglich sind auch Berechnungen, mit dieser Rumpfgeschwindigkeit, für die Verdrängung und die Bestimmung des Antriebes ungeeignet.


    Die LWL beruht auf der maximalen oder gegenwärtigen Tauchtiefe und dient u. a. zur Berechnung der Verdrängung und notwendigen Antriebsleistung.


    In meinen vorstehenden Veröffentlichungen habe ich z. B. auf die unterschiedlichen Angaben zu den einzelnen Tiefgängen hingewiesen. Der von mir gewählte Tiefgang (LWL) ist zufällig und wird später im Wasserbecken bestimmt.


    Für den Antrieb meines Modells habe ich bisher nur die Kraft berechnet, die die Propeller in das Wasser übertragen müssen. Dieser Wert muß noch durch die miteinander multiplizierten Verluste (Wirkungsgrade) dividiert, auf zwei Motoren umgerechnet werden und soll dann bei der Auswahl der Motoren als Schnittpunkt auf dem aufsteigenden Ast bzw. Zenit der Leistungskurven liegen.


    Ich freue mich auf eine lebhafte Diskussion. Offensichtlich werden die Modellbauer immer seltener.


    P.S.: Schau mal bitte hier: http://superport.ns.ca/Ship-Services, STRAIT RAVEN

  • TEIL 5


    Ein besonderes Modell.


    Materialwahl

    Mein erstes großes Modell, ja es war das Schlachtschiff BISMARCK, habe ich noch in Schichtbauweise erstellt. Später habe ich auf unterschiedliche Weisen Modelle gebaut. Zunächst habe ich viele Laubsägeblätter zerbrochen, als ich Spanten gesägt habe und Modelle beplankte. Plastikbausätze habe ich kennengelernt, aber bald wieder verworfen. Dann kam die Zeit als Karteien durch Dateien abgelöst wurden und mir nun immer bessere Computer und Zeichenprogramme zur Verfügung standen, zunächst beruflich, dann auch privat. In den letzten Jahren, es sind schon einige, verwende ich hauptsächlich glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) für den Rumpfbau und z. B. kupferkaschierte Platinen für Aufbauten.


    Auf der Suche nach Neuem, d. h. einer weiteren Möglichkeit ein Modell zu bauen, und als Zugeständnis an die sich ändernden Verfahren im Modellbaus, habe ich mich entschieden ein Modell zusammenzukleben. Die Materialien meiner Wahl sind Polystyrolplatten (1 mm und 2 mm) weiß und selbst angefertigte GFK-Platten, für die Beplattung (Beplankung) des Rumpfes. Polystyrolplatten sind kalt relativ einfach zu bearbeiten. Sie lassen sich sehr gut schneiden, haben ein geringes Gewicht und lassen sich gut kleben. Die ausgehärteten Klebenähte sind wasserdicht und bombenfest.


    Nachdem mein Entwurf stimmig war konnte ich mit dem Fräsen der Rumpfteile beginnen.


    Bild 12 Fräsen.jpg


    Bild 12 Portalfräse


    Bild 13 Frästeile.jpg


    Bild 13 Frästeile


    Bild 14 Rumpfkern.jpg


    Bild 14 Rumpfkern


    Bild 15 Hecksektion.jpg


    Bild 15 Hecksektion

    Bevor ich die Spanten einklebe müssen noch die Wellenkästen angefertigt werden und in die Hecksektion eingefügt werden. Das millimetergenaue Arbeiten macht die Montage, das Zusammenkleben sehr einfach und schnell.



    Bericht wird fortgesetzt.


  • Hallo,

    der Schlepper sieht sehr interessant aus. Allerdings hab ich die Masse noch nicht gefunden.

    Zu dem Völligkeitsfaktor: Das Heck hat ja so breite "Flossen" drunter, die senken rechnerisch den Faktor.

    Also alles im grünen Bereich.

    Motoren berechnen ist ja schön und gut, man nimmt ja dann doch lieber stärkere,

    falls im Herbst oder so mal ein Blatt, Stöckchen oder Folie in die Schraube kommt gibts mind.

    noch Leistungsreserve - und es ist ja auch die Frage welche Motoren sind Kosten-Nutzen-Relation

    verfügbar

  • TEIL 6


    Ein besonderes Modell.


    So nach und nach habe ich alle Einzelteile ausgefräst, für den großen und kleinen Kasten, die Wellenkästen und alle Spanten, aus den 2 mm dicken, weißen Polystyrolplatten. Der verwendete Fräser hat einen Durchmesser von 2 mm und eine Schneide. Die Vorschubgeschwindigkeit und die Spindeldrehzahl habe ich gefühlsmäßig, nach Erfahrung so eingestellt, daß ich ohne zusätzliche Kühlung sauber arbeiten konnte. Ich hatte eine gleichmäßige Spanabfuhr und keinerlei thermische Probleme, weder am Fräser noch am Werkstück. Die Werkstücke konnten ohne Nachbearbeitung sofort verklebt werden.


    Das an den Wellenkästen überstehende Material wurde vor der Montage der Wellenkästen abgeschnitten. In dem nicht sichtbaren Teil dieser Wellenspanten sind kreisrunde Öffnungen, in denen später die Sevenrohre eingesetzt werden.


    Bild 16 Wellenkästen.jpg


    Bild 16 Wellenkästen


    So sieht es aus nachdem die Wellenkästen eingeklebt sind.


    Bild 17 Wellenkästen montiert.jpg


    Bild 17 Wellenkästen montiert


    Die Montage der Bugsektion ging leicht von der Hand, da alles genau ineinander bzw. zueinander paßte.


    Bild 18 Bugsektion mit Spanten.jpg


    Bild 18 Bugsektion mit Spanten


    Nachdem alle Spanten eingeklebt waren konnte ich die beiden Sektionen zusammenfügen.


    Bild 19 Hochzeit.jpg


    Bild 19 Hochzeit


    Entlang der Spantenkanten (Knicke) habe ich vor der Beplattung noch Leisten eingezogen. Die Leisten werden dafür sorgen, daß die Plattenstöße glatt und sauber verlaufen werden.


    Bild 20 Vorbereitung zum Beplatten.jpg


    Bild 20 Vorbereitung zum Beplatten


    Die Öffnung für das Bugstrahlruder habe ich noch etwas erweitert.


    Bild 21 Position Bugstrahlruder.jpg


    Bild 21 Position Bugstrahlruder


    Mit einem Provisorium habe ich die Positionen der Rohre des Bugstrahlruders geprüft. Über das Bugstrahlruder muß ich mir noch Gedanken machen, ich denke es wird eine Eigenanfertigung.


    Bild 22 Bugstrahlruder Test.jpg


    Bild 22 Bugstrahlruder Test


    Bericht wird fortgesetzt.

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