Ein Carbon Projekt

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Die Vorgeschichte:

Im Dezember 2010 habe ich das Tischtennisspiel wiederentdeckt.
Früher hatte ich hobbymässig Badminton gespielt, bis vor 4 Jahren die Gelenke nicht mehr wollten. Aber TT hatte ich als Jugendlicher schon gespielt - Tempest lässt grüssen. Und - es macht wieder richtig Spass
Im Januar gab es dann bereits den 2. Schläger, ein 68g Balsa Holz, Spin LordUltra Balsa mit LKT Pro XP 1.8/1.5, insgesamt 137g, das waren 17g weniger als bei dem vorherigen Schläger. Und ich merkte diese 17g in der rechten Schulter, das war schon eine Erleichterung. Jetzt war der Wunsch nach einem richtig leichten Schläger geweckt.

Es folgte ein Balsa Projekt, es wurden 52g, aber das Holz hatte zuwenig
Tempo. Nach ein paar Rechnungen war mir dann klar, dass Rendler bei den Balsahölzern das Mögliche bereits umgesetzt hat. Allerdings sind seine 60-65g Hölzer über 10mm dick, wenn sie denn flott sein sollen.

Die Rechnungen (ich komme später darauf zurück) wiesen dann diesen Weg, ein möglichst leichtes Holz auszulegen:
- Balsakern, selektiert möglichst leicht
Funktion: in erster Linie ein Distanzstück, dazu dienend, die Festigkeit
gebenden Lagen möglichst weit auseinander zu bringen und somit eine
hohe Biegesteifigkeit bei minimalem Materialeinsatz zu ermöglichen
(und ein wenig zur Torsionssteifigkeit beizutragen)
- Carbon Epoxidharz Schicht, diese soll hauptsächlich die Funktion
Biegesteifigkeit übernehmen
- ein dünnes Deckfurnier, um dem Reglement gerecht zu werden
und die Torsionssteifigkeit zu erhöhen
Also nur 3 (+2) Lagen, wie gesagt, es geht in diesem Projekt um Gewichtsminimierung. Natürlich soll sich das Holz auch gut spielen lassen
Um eine Referenz zum Vergleich zu haben, wurde ein Giant Dragon Balsa Carbon 2C gekauft, dieses ist 64g schwer. Es hat allerdings 5 (+2) Schichten.

Fortsetzung folgt - Gruss Stephan

[Liquid Sky]

Das klingt ja so, als hättest du Ahnung vom Holz bauen?!

Ich hab sowas mal gebaut. Aber nur als Spaß eigentlich.

1 cm dicken Balsa Kern mit Glasfaser (GFK) und Limba als Deckfurnier.

Bocksteif und sau schnell. Was es genau wiegt weiß ich aber nicht.

Wenn man das jetzt noch optimiert, kommt bestimmt was leichtes und gut spielbares raus.

Vielleicht 7 oder 8 mm Balsa, 100 g/m² Carbon statt 160 g/m² Glasfaser und 0,5 mm Abachi als Deckfurnier.

Für die Griffschalen würde ich leicht selektiertes Abachi nehmen.

[sr5555]

Nein, ich habe noch nicht viel Erfahrung. Aber ich mache welche.

Glaube ich gern, dass dies ein steifes Holz war. Wenn ich Glasfaser nehmen wollte, würde ich auch in die von dir vorgeschlagene Richtung gehen.

Nun ein paar Rechnungen, oder, genauer gesagt, Abschätzungen.
Es geht mir zunächst um die Biegesteifigkeit (B), ein Mass für die Verformung des Holzes unter Krafteinwirkung. Eine hohe B bewirkt eine geringe Verformung, kurze Ballkontaktzeit und dadurch wenig Kontrolle. Aber auch geringe Dämpfung und damit hohes Tempo. Was ja hinlänglich bekannt ist. Sie ist proportional dem Produkt aus E-Modul und Flächenträgheitsmoment (E * I), wobei das Flächenträgheitsmoment eines Rechteckquerschnitts I = b * h**3 / 12. Siehe auch Wiki: Balkentheorie, Steifigkeit.
Dabei interessiert mich nur, wie die B 2er verschieden aufgebauter Schläger zueinander in Verhältnis stehen, dann kann ich mich auf dass Verhältnis der jeweiligen E* h**3
beschränken.

Grundsätzlich gilt:
- doppelter E-Modul bedeutet doppelte Steifigkeit
- doppelte Dicke bedeutet 8fache Steifigkeit

Die E-Module der meisten Werkstoffe finden sich leicht im Netz, die Geometrie eines Schlägers kann man mit dem Messschieber einigermassen gut erfassen.

[sr5555]

2 Beispiele
Schläger 1: 6mm Balsa Kern, 2x 0.5mm Walnuss Zwischenfurnier mit Faserverlauf 90° zur Schlägerachse, 2x 0.5mm unbekanntes Holz als Deckfurnier
E-Modul Balsa 2600, die beiden anderen Hölzer rechne ich mit 14000
Beim Zwischenfurnier ZF (Faserverlauf quer) ist zu beachten, dass der E-Modul in dieser Richtung nur etwa (ganz grob abgeschätzt) 10% des E-Moduls in Faserrichtung beträgt, ich rechne hier also mit 1400. Um mit komfortablen Zahlengrössen zu hantieren rechne ich die Höhen in mm, die E-Module teile ich alle durch 1000, also hier 2.6, 1.4 und 14. Solange ich ich nur 2 Schläger untereinander vergleichen will, kann ich das machen, ich treffe ja nur eine relative Aussage. Nun denn:
B1 = 2.6 * 6**3 + 1.4 * (7**3 - 6**3) + 14 * (8**3 - 7**3)
= 562 + 178 + 2366 = 3106
Den grössten Anteil stellt also das Deckfurnier.
Diese Zahl für sich genommen sagt noch nichts, also rechnen wir noch
Schläger 2, Giant Dragon Balsa Carbon 2C, 5mm Balsa Kern, 2x 0.5mm ZF, 2x 0.15mm (geschätzt, das kann auch ganz falsch sein) Carbon Epoxy und 2x 0.5mm Deckfurnier.
Die Hölzer rechne ich wieder mit 14 bzw das ZF mit 1.4. Für das Epoxy Carbon entnehme ich aus Wiki 150000, also rechne ich hier mit 150. Also:
B2 = 2.6 * 5**3 + 1.4 * (6**3 - 5**3) + 150 * (6.3**3 - 6**3) + 14*(7.3**3 - 7**3) = 325 + 127 + 5107 (!) + 1946 = 7504
Jetzt fällt sofort auf, dass die Carbonschicht diesmal den Löwenanteil stellt. Und dass dieser Schläger mehr als doppelt so steif ist wie der vorherige. Und so spielt er sich auch.

Mir ist klar, dass die eingesetzten Zahlenwerte alle ungenau und grob geschätzt sind. Ich denke aber, dass so eine Rechnung vor einem Selbstbau schon hilfreich ist, ich kann so jedenfalls ungefähr abschätzen, wo ich landen werde. Und dann fehlt natürlich auch noch die Betrachtung in Querrichtung (Stichwort Torsionssteifigkeit, die ZF dienen nicht nur dazu, Verzug zu verhindern). Da schaun wir später mal, sonst wird es hier zuviel.

Ich hoffe, dass die Kollegen, die selber Hölzer bauen, mit diesen Ausführungen etwas anfangen können. Ich würde mich jedenfalls freuen, wenn ich damit eine Diskussion anstossen könnte. Und Fragen beantworte ich gern - wenn ich kann.

Demnächst folgt die Rechnung von meinem eigenen ersten Carbonholz.
Bis dahin, Gruss Stephan

[Liquid Sky]

Wie ich ja schon geschrieben habe, denke ich, deine Berechnungen sind nicht verkehrt. Sie stimmen zumindest in der Tendenz mit meinen praktischen Ergebnissen überein.

Wenn du dann mal zum praktischen Teil übergehst, wirst du merken, dass es halt auch viele Stolperfallen beim praktischen Teil gibt. Die Verarbeitung von Kohlefaser ist gar nicht so einfach z.B..

[sr5555]

Ja, da gibt es Stolperfallen, ich komme später dazu.

Zuerst möchte ich noch die Rechnung für mein erstes Eigenbau Holz erläutern:
Kern Balsa 5mm Faserrichtung längs, Carbon 125g/m**2 unidirektional Faserrichtung längs, Buche 0.25mm Faserrichtung längs

Hier die Angaben von R&G: Kohlefaser E = 230000, Epoxi E = 3000
"Rechnerische Daten für Handlaminate mit 45 Vol. % Fasern:
Harzverbrauch: 94 g/m², Laminatdicke: 0,156 mm, Laminatgewicht: 219 g/m²"
Dann rechnet sich E für das Epoxi-Faser Laminat 0.45*230+0.55*3=105.15
(wenn man das einfach so ausmitteln kann?)
B=5**3 * 2.6 + (5.312**3 - 5**3)*105.15 + (5.812**3 - 5.312**3)*14
= 325 + 2617 + 650 = 3592
Wiederum liefert die Carbonfaser hauptsächlich die Steifigkeit.
Welche nun wesentlich geringer ist als beim Giant Dragon Balsa Carbon
(wobei dort mit vagen Annahmen gerechnet wurde) und sich in der Grössenordnung vom Holz befindet.

Es folgt die Einkaufsliste, bis dahin Gruss Stephan

[sr5555]

Einkaufsliste:
Balsaholz gibt es zB bei Heerdegen oder Thoma.
Von Thoma habe ich zB leicht selektierte Balsaplatten in 5, 6 und 8 mm.
Die lagen so um 105 kg/m**3, das ist sehr leicht (wenn nicht zu weich).
Furniere habe ich bei Templin geholt, bei (ersteigern) gibt es auch immer Angebote.
Ich bevorzuge Buche - braucht nicht so viel Porenfüller, am einfachsten hantiert man mit 0,5 ... 0.6 Dicke, habe aber auch 0.25 ausprobiert.
Man kann aber auch andere Furnierhölzer nehmen, je nachdem, was man erreichen will.
Carbon habe ich von R&G, die haben auch sämtliches Zubehör, wie Harzsysteme, Spatel, Pinsel, Nitril Schutzhandschuhe, Atemschutz.
Weissgerber hat auch ein gutes Angebot.
Ich habe bisher verwendet Unidirektionales Gelege 125g/m**2 und das L und L Harzsystem (40 min Topfzeit, da kommt keine Hektik auf).
Dann braucht man eine Feinwaage mit 0.1g Messgenauigkeit, hab ich bei A..... günstig gefunden. Es ist nötig, Harz und Härter mit max 5% Abweichung zu mixen, sonst lässt die Festigkeit zu stark nach.
Nach dem Einharzen von Furnier und Balsakern kommt das Ganze in eine Furnierpresse, da nimmt man (wie hier im Forum schon häufig erwähnt) ein Reststück Arbeitsplatte aus dem Baumarkt. Ich ziehe die Platten mit 4 Schrauben M8x100 gegeneinander.
Die Griffe hab ich aus 2 Halbschalen 8er Balsa gemacht, besser wäre 10er, sie sind etwas zu dünn. Schöner ist sicherlich Abachi - wie Liquid Sky schon erwähnt hat - aber ich möchte ja hier so leicht wie möglich bauen.
Dann braucht man noch Porenfüller (Graupner Glattfix) und Siegellack, den
gibt es in jedem TT shop.

Gruss Stephan

[sr5555]

Vorgehensweise beim Basteln:
Aus Sperrholz eine Schablone gebastelt. Geeigneten Schläger auf das Sperrholz legen und mit Filzstift die Randkontur abfahren, dann mit Stichsäge aussägen und zuletzt mit 180er oder 120er Schleifpapier die Ränder aufhübschen. Von dieser Schablone hab ich dann immer die Balsakerne abgenommen. Und die Furniere, wobei ich diese am Rand immer ca 10mm ringsum grösser lasse. Und auch das Carbongelege, lasse ich auch rundum etwas überstehen. Furniere und Carbon schneide ich mit Haushaltsschere.
Bei den Furnieren bin ich mir nicht sicher, was besser ist: 0.25er nehmen, friemelig zu verarbeiten, reisst leicht ein oder 0.5er nehmen und nach dem aushärten runterschleifen, ist mehr Arbeit, Oberflächenebenheit ist aber besser.
Die Balsakerne und die Furniere streiche ich dreimal mit Glattfix (Sauzeug) ein. Den Stunk min 24h abdampfen lassen.
Auf den angehangenen Bildern sieht man den ganzen Kram.
Jetzt Handschuhe an und mit Epoxi (sehr gesungheitsschädlich) rumsauen.
Wohl dem, der Atemschutz hat (Filter Typ A). Hab ich noch nicht, ich geh ins Freie. Nicht bei viel Wind arbeiten. Yoghurtbecher auf die Waage, Waage ein, 10 g Harz reintropfen.
Dabei läuft immer etwas Harz den Verschluss runter, mach ich dann am Ende wieder weg. 4g Haerter dazu. Dann 1 Minute mit dem Spatel umrühren, Windrichtung beachten und Nase weit weg.
Dann etwas Folie auf die Arbeitsplatte legen, es drückt immer etwas Harz durchs Furnier. Darauf das Furnier. Furnier einpinseln, am Rand etwas dicker, in der Mitte dünner. Kohle darauflegen, andrücken.
Normalerweise würde man jetzt die Kohle einpinseln. Ich lasse das, weil ich leicht bauen will. Balsakern einpinseln, dicker am Rand, dünner in der Mitte. Auf die Kohle legen. Siehe Bild. Andrücken. Nochmal Folie drauf.
Jetzt die Arbeitsplatte aufstecken und danach die Muttern anziehen.
Kreuzweise und in kleinen Schritten. Nicht zu fest ziehen, sonst wird der Balsakern zu sehr verquetscht. Oder aber die Arbeitsplatte verzogen, so richtig super hält die auch nicht, besser wäre eine Metallplatte. Ich würde gerne einen Drehmomentwert angeben, weiss aber leider keinen, ich mach das nach Gefühl. Vielleicht kann einer der alten Selbstbauhasen helfen.
Das Ganze kommt jetzt zum Aushärten 24 h in den Keller, gut lüften.
Nach dem öffnen prüfe ich, ob alles fest ist, wenn man zuwenig Harz genommen hat, oder nicht gleimässig verstrichen hat, kann man jetzt wegwerfen.
Wenns hält, schneide ich den Überstand aus Furnier und Kohle mit dem Cutter ab, gehe mit Schleifpapier nach (Vorsicht, den Schleifstaub nicht einatmen). Dann folgt die gleiche Prozedur für die Rückseite.
Zum Schluss kommen die Griffhälften drauf. Kann man vorher aushöhlen, bringt etwa 2 g, sollte man in der Mitte vielleicht mit einer Minirippe abstützen. Ob sich diese Arbeit lohnt? Balsastücke mit Weissleim auf den Griff, mit Schraubzwingen festziehen. Nach dem Trocknen nach persönlichem Geschmack zuschleifen, ich nehme wieder 120/180.

Fertig. Mein erstes Holz, wo alles einigermassen geklappt hat, wog 45 g.

Gruss Stephan

[sr5555]

Hier die Bilder.

[sr5555]

Was lief schief ?

Beim ersten Versuch glaubte ich noch, auf Porenfüller verzichten zu können:
das Harz drückte sich durchs Furnier und der ganze Krempel konnte nur mit Gewalt aus der Furnierpresse gelöst werden --> Tonne
Frischhaltefolie als Unterlage empfiehlt sich aber immer, sollte man ringsum schön mit Tesafilm fixieren, wenn man im Freien hantiert, der Wind...

Beim zweiten Versuch hatte ich ausprobiert, ob es vielleicht reichen würde, nur eine Seite einzuharzen, in der Hoffnung, es drückt sich durch das Carbon durch bis auf die Gegenseite --> Tonne

Beim dritten Versuch hatte ich als Furnierpresse immer noch 20er Sperrholzplatten statt 40er Arbeitsplatten. Die sind zu weich und verbiegen sich, die Ebenheit war schlecht. Konnte man aber immerhin mit spielen. Das war der 45g Schläger. Er ist beim Spielen übrigens innerhalb
des Balsa Kernfurniers angerissen, durch Schlagen gegen die Plattenkante.
Liess sich mit Sekundenkleber reparieren. Nächstens nur noch mit Kantenband.

Derzeit läuft Versuch 4, diesmal sind auch die Fasern von Kern und Deckfurnieren quer gerichtet, um die Torsionssteifigkeit zu verbessern.
Bis jetzt hat alles geklappt und er ist auch schön eben.
Die Griffe müssen noch drauf. Drückt mir die Daumen.

Gruss Stephan