24.11.2017

Massenberechnung

Wie schon öfter hier geschrieben, ist die Bestimmung aller in dem Schiff vorhandenen Massen ein wesentlicher Designschritt, wenn man nicht am Ende eine böse Überraschung erleben will. Die Liste ist zunächst nach reinen Wünschen und auf Grundlage von Daten aus dem Internet entstanden. Viel wichtiger als hier den besten Hersteller korrekt auszuwählen, ist hier die Vollständigkeit und die zugehörige Gewichtsabschätzung.

Gegenübergestellt ist hier die erste Abschätzung aus dem Jahr 2012 und die drastisch verbesserte Berechnung aus 2017. Es fällt sofort auf, dass ich bei der Kaskoschätzung total daneben lag. Damit bin ich nicht allein. Problematisch wird es erst dann, wenn man sich auf so eine PI mal Daumen-Abschätzung verlassen würde. Ich habe deswegen meine gesamte Rumpfauslegung angepasst. Alle neueren CFD-Berechnungen beruhen auf einer Canoe-Bodyverdrängung von 36t in Salzwasser. Mit Anhängen wird daraus laut Fine/Marine 36,56t. Also liege mit den jetzt berechneten 37t noch gut im Rennen. Die Vorgabe lautet aber: Gewichtsparen!

Die Summe habe ich gleich nochmal an den Anfang gestellt, damit man nicht so lange heraumscrollen muss.

Tabelle 1: Übersicht Massenberechnung
Bezeichnung Hersteller/Typ Grobschätzung [kg] Berechnung 2017 [kg]
SUMME 32954 37030
Rumpf
Aluhülle Kasko komplett Kasko-Neuberechnung aus ca. 3500 Aluminumeinzelteilen in CAESES 12900 16785
Schwerter, Ruder Schwerter und Ruder sind eher ein Positivbeitrag, weil die 36t Verdrängung für den „Canoe-Body“ gelten. Mit Anhängen im Wasser liegt die Verdrängung bei ca. 36,56 Tonnen in Normallage (Aus Fine/Marine mit einem Schwert und 2 Rudern. 200 200
Schweißdraht Die 3D-Bleche in der Kaskoberechnung überlappen, so dass der Zuschlag für Schweißdraht darin enthalten ist. 500 0
Isolation
Isolationsmaterial Neu Flächenabschätzung (s.u.):ca. 300m²: Mineralwolle Isover, U MFN 13-36 (13 bedeutet 13kg/m³), 0,1m 300m² * 13kg/m³ = 390kg Vorteile: Brennt nicht, Marinezulassung Alternative: geschlossenporiger PU-Schaum 40kg/m³ Vorteile: Luftdicht, Wasserdicht, VIBRATIONSHÄMMEND, schneller zu verarbeiten, selbstverlöschend Nachteile: schwerer, nicht Hitzebeständig bei Reparaturen am Alu Schichtdicke 50mm → 2kg/m² ==> 300m²*2kg/m² = 600kg Brückendeck (ohne Außenbereiche) 5m*6m*2 (Boden+Dach) → 60m² 1,6m*20m-2m² (Fensterbereich mit kl.Abzug f. Fenster) → 30m² 2 Rümpfe (Wohnbereiche) a 12m*2m*4 (12m = von x=4m bis x=16m, im Schnitt ca. 2 m breit, 2 Seiten + Boden +Decke) → 2*96m² = 192m² GESAMT: ca. 282m² (plus Reserve = 300m²) 390 600
Folie, Klebeband etc. Nicht erforderlich bei PU-Schaum 100 0
Farbe 200 200
Spachtelmasse Schweißqualität muss so sein, dass Spachtel überflüssig ist. 300 0
Rigg
Mast Länge: 30m A-Mast, Edelstahl, baumlos ca. 1500 kg Einzelmast (Gittermast): Edelstahl: 867 kg (berechnet aus CAESES-Modell) Titan: 494 kg (berechnet aus CAESES-Modell) 1500 867
Baum Alu oder Titan, Gitterbaum (berechnet aus CAESES-Modell) 97
Rodkicker hydraulisch („boom vang“), incl. Leitungen 30
Fockbaum Alu (200mm Durchmesser, 5mm Wandstärke Auch hier wäre eine Alu oder Titan-Gitterlösung sinnvoll. 65
Mastrutscher und Schiene 100
Wanten Wanten/Stage müssen viel stärker ausfallen als in erster Abschätzung. Bei langlebigen Riggs soll man die Wanten auf maximal 15-20% der Bruchlast vorspannen. Auf das Vorstag übertragen und da das Vorstag keinen zusätzlichen Kräften wie die Wanten aufnehmen müssen kann man da sicher auf 20% gehen. Das würde für das Vorstag eine Bruchlast von 60t bedeuten. Ein Blick in die Tabellen zeigt, dass man dafür ein 32mm 1x19 Vorstag benötigt, was mit 500kg/m zu Buche schlägt. Wegen der mechanischen Belastungen durch das Rollsegel kommt hier vermutlich keine Synthetikfaser in Frage, also 31,5m * 500 kg/m = 157,5kg Für das Gennakerstag sollte ein 19mm Seil reichen (Bruchlast 23800Kg, 178,8 kg/100m), also 31,5m*178,8kg/m = 56,3kg Die maximale seitliche Belastung der Oberwant (nach außen geführtes Achterstag beim Cat-Rigg) bei maximalem Krängungsmoment ist ca. 30t. (Dabei bleibt unberücksichtigt, dass die Unterwant auch einen Teil der Kräfte aufnimmt). Wenn man will, dass das Rigg auch beim Kentern stehen bleibt, dann muss die Oberwant eine Bruchlast von 60t haben (Sicherheitsfaktor von 2). Die Stauchungskraft auf den Mast wäre ungefähr genauso groß (ein wenig kleiner). Um Gewichtsmäßig ein wenig im Rahmen zu bleiben, sollten die Achterstagen aus Sythetikmaterial sein: 32mm hat 81t Bruchlast und wiegt 57,2gk/100m, also im extremFall: 2* 31,5m*0,572kg/m = 36 kg 2* 16m *0,572kg/m = 18,3kg 161 268.1
2x Rollreffvorrichtungen Reckmann RF90-3 a 31kg (nur für Vorsegel bei Einzelmast, Fock und Gennacker) 124 62
Rollreffprofile Profil R5: 2x28m + 2x30m = 116m Ggf. reicht für das Großsegel auch das R40 Profil; würde ca. 27 kg Gewicht sparen Neu 2x31,5m*2kg/m = 232 126
Segel Großsegel: 160m²*400g/m² (extrem dick) plus Latten = ca. 100kg Fock: 110m²*400g/m² = ca. 50 kg Gennaker 190m²*200g/m² = ca.40kg Strumsegel/Trysegel ca. 50kg Alles ziemlich nach oben gerundet. Summe = ca. 250kg 500 250
Laufendes Gut Fallen, Schoten 100 100
Ausrüstung
Elektrik
Generatoren Generator Panda 40 YA PMS: 31,5kW Dauerleistung, 590kg/Stück Generator Panda 30 IC PMS: 24,3kW Dauerleistung, 470kg/Stück 1180 1200
Abgasanlage 200 200
Antriebsmotoren, 2 Stück je Seite: Motor 40kw ca. 40kg, Saildrive ca. 30kg, Verlängerung etc. 30kg 100 200
Bugstrahl, 2 Stück entfällt mit Vektorsteuerung 100 0
Batterien 400V, 50kWh, Li-Ion 500 500
24V, 10kWh, Li-Ion 100
Solarpaneele ca. 40 m2, (5kW Anlage, z.B. Solara S225M35 Marine, 68Wp, begehbar, 2 mm hoch) Aufgrund der Verfügbaren Dachfläche bekommt man ganz optimistisch gerechnet maximal 30 Module S460M35 Marine drauf mit einer Wp von insgesamt 3450W. Die wiegen 4,4kg pro Stück, also in Summe maximal 124 kg. Dazu kommen Umrichter etc, also alles in allem maximal 200 kg. 500 200
Schaltschrank für Steuerung, Schutzschalter etc. 200
Umrichter mit Ladestation 3-phasig (z.B. Victron Energy Quattro 3x 3 kw) = 3* 19 kg 100 100
Trenntrafo Victron Energy 3600W, einphasig 23 23
Kabel 400V, Motoren etc. 200 200
Navigation Radar, Funk, GPS, Plotter,... 100 100
Verkabelung 230V, 24V, 12V für Beleuchtung, Geräte,Schalter 250 250
Klimatisierung
Heizung 2x Dieselstandheizung, z.B. Webasto Air Top Evo 5500 D 24V Marine 12 12
Klimaanlage z.B. Webasto BlueCool Premium CH60 MONO (60.000 BTU, 4,4kW/400V) 75 75
Lüftungsrohre Kunststoff, Isoliert, Kühlwasserleitungen für Klimaanlage 100 150
Lenzsystem
Lenzpumpe Agrometer A/S, AGM Pumpe 190/2 mit 4-6KW, 40000-60000 l/h (650-1000l/min) (auch zum Lenzen des Fäkalientanks) 50 130
Lenzrohre aquatherm SDR 7,4 MF, PE, verschweißt ca. 50m Rohre: 75mm außen/58mminnen (~2 1/4 Zoll) 1,771kg/m ) 88,5 kg plus Fittinge ca. 50 kg 30 140
Lenzsystemverteilung Absperrventile 30 50
Wasser und Abwasser
Wassermacher 2 x H20-Factory 150, 24 V (150l/Stunde Atlantik) 50 100
Frischwassertank 1000l Edelstahl (2x 500l) 300 200
Süßwasserpumpe Druckwasserpumpe für Wasserleitungen 30 30
Süßwasserleitungen aquatherm SDR 7,4 MF, PE, verschweißt Wasser (warm/kalt) ca. 100m Rohre: 20/25mm außen (=DN15 bzw. DN20) 0,157 bzw. 0,244 kg/m, Mittelwert 0,2kg/m = 20 kg 50 20
Warmwasserboiler 75-80l (ca. 20kg), Ausgleichbehälter etc.(gefüllt!) 120
Abwassertank Zwischenspeicher 300l PE, Sammeltank für feste Reste 300l PE 100 50
Abwasserrohre ca. 30 m 63mm außen, DN 50 1,261 kg/m = 37,83 plus Fittinge 50
Abwasserhebeanlage KSB mini Compacta US 1.4 33
Kläranlage 80 130
Dieselanlage
Dieseltanks Alu oder Edelstahl 200 400
Dieselleitungen 30 50
Tagestank 120 l, transparent, Kunststoff 20
Dieselpumpe mit Mengenzähler 15
Hydraulik
Hydraulikpumpe (Winschen/Anker) 50 50
Hydraulikdrucktank 50 50
Hydraulikleitungen 50 50
Hydraulikventile 20 50
Hydraulische Hauptwinschen 2 Stück 200 200
Hydraulische Gennakerwinschen 2 Stück 100 100
Ankerwinsch Data DZC 1002H (Doppelwinsch) 103 103
Hydraulikanlage für Ruderanlage
Pumpe Data DP88, mechanisch für Steuerstand 10 10
Pumpe für Autopilot elektrisch, 24V 20 20
2 Zylinder Data DS290 48 48
Leitungen, Ventile 50 50
Ankern und Festmachen
Hauptanker 2 Stück, Stahl/Edelstahl, CQR, Delta, 40kg Neu: Delta Anker 2x63kg 80 126
Ankerkette Bug-/Hauptanker, 100m Alt: 12mm verzinkt 3,3kg/m, Bruchlast 8500 kg Alt: Besser wäre eine 11m Stegkette der Festigkeitsklasse 3 (Bruchlast: 10200kg, Masse ca. 2,5kg/m), ist aber leider nicht Standard! Neu: Deshalb: (und wegen der Bruchlast) 12,5mm Stegkette, Grade 3, 132kN (knapp 13,5t), reicht bis > Windstärke 12 so denn der Anker hält…) Nach GL Special Craft 1 High Speed Craft, Chapter I, page 6-1 ff. komme ich auf eine Equipment number von ca. 68,7. Das verlangt nach 67 kg Anker und einer Studlink Grade 2 Kette mit 11mm und 82,5 m Länge. Mit 63 kg Anker und 12,5er Grade 3 Kette liege ich da weit drüber!! Nach GL, achts and Boats up to 24m, Annex F benötigt man zwei Anker: Bei einer Z bis 210 (190 wäre in etwa realistisch) wäre der erste Anker 57kg, der zweite 44 kg, die Kettenlänge je 55,5m bei 13mm Kettenstärke. Dazu muss man wissen, dass eine 13mm Standardketten nicht einmal annähernd die Bruchlast einer 12,5 Grade 3 Stegkette erreicht. Lustigerweise verlangt GL je nachdem, wo man nachliest, verschieden Ankerkonfigurationen. Entscheidet euch mal! 330 350
Ankerkette Heck-/Zweitanker 75m Alt: 11mm Stegkette 80m Neu: Selbe Kette wie Hauptanker ist sinnvoll, also: 12,5 mm Stegkette a 3,5kg/m 247.5 262.5
Hilfsanker 25kg, einer reicht! 50 25
15m Kettenvorlauf für Hilfsanker Edelstahl 10 mm, 2,3 kg/m (Da als Handanker gedacht, will ich keine rostenden Kette) Einer: 11 mm, 15m 67.5 34.5
100m Trosse für Hilfsanker (Polyamid)/Polyester, 20 mm, 0,235 kg/m, 22mm ca. 300g/m, z.B. Liros Sqareline 30 23.5
Festmacher 2 Stück 1,5x Schiffslänge = 2x 30m 2 Stück 1,0x Schiffslänge = 2x 20 m 4 Stück kurz, 10m (Die Erfahrung zeigt, dass man die of in Häfen brauchen kann.) in Summe 140m Nach GL reichen 80kN Bruchlast für die Festmacher Das würde man schon mit einem guten 18mm Festmacher erreichen. Wegen Langlebigkeit wähle ich 22mm ca. 300g/m (z.B. Gleistein Docktwin) 27 42
Schleppleine Alt: 2x 100m, 22mm Nach GL High Speed Craft 180m, mit 100 kN Bruchlast, was schon eine 20mm Leine schafft. Nach Yachts and Boats up to 24m nur 4,5xWL = 80m aber 26mm erforderlich; allerdings gehen die davon aus, dass eine 26mm Polyamidleine nur 137 kN Bruchlast hat, was nicht so ganz Stand der Technik ist: Gleistein DockTwin, der auch als Schleppleine empfohlen wird hat 147 kN Bruchlast bei 24mm (352g/m) Neu: 1x 200m 24mm Leine, die auch als Landleine dient! 60 70.4
Trommel für Schleppleine hydraulisch, unter Hecktreppe, als Landleine 50
Sicherheit und Sonderausstatung
Dinghi Festdinghi mit Diesel-Jetantrieb z.B. „Cosmo 400 JET Diesel“ 450 kg, aber teuer und klein Alternativ: Dutch Work Boat PE Hartschale 5,5m lang, 500kg leer, kann man vielleicht auch kleiner/leichter bekommen Außenborder 50PS ca. 100kg Zubehör ca. 50 kg SUMME: 650 kg 450 650
Rettungsinsel 8 Personen 2 Stück 50 100
Tauchkompressor, Tauchausrüstung Bauer, OCEANUS-E, 140l/min, 3kW Drehstrom, 52 Kg, 66 x 40 x 42 cm Geht mit Planung unter die Sitzbänke! 4 Flaschen 300 100
Quad MXU 300 R Offroad, LxBxH = 1980x1100x1110, 238kg leer 250
Einrichtung
Verkleidungen (Wände) Alt: Sperrholz 4mm, ca. 200m2, 2,5 kg/m² (geschätzt, ohne Farbe) Neu: Metawell Aluflex, 2,2 kg/m² plus Lack oder Folie 500 500
Eignerkabine (Möbel) Bett: 180x200 Kleiderschrank Staufächer Ablagen kl. Schreibtisch 200 200
Gäste 1 (Möbel) Bett: 140x200 Kleiderschrank Staufächer Ablagen kl. Schreibtisch 200 100
Gäste 2 (Möbel) Bett: 140x200 Kleiderschrank Staufächer Ablagen kl. Schreibtisch 200 100
Gäste 3 (Möbel) Bett: 70x200 und 80x200 Kleiderschrank Staufächer Ablagen kl. Schreibtisch 100
Salon Sofa Navigationstisch Esstisch mit Stühlen Regale, Ablagen 150
Küchenschränke, Spüle etc. Arbeitsfläche mit Unterschränken am Fenster Arbeitsfläche seitlich (über Kühlschrank) Kücheninsel Oberschränke 200 200
Mikrowelle 15 15
Herd mit Ofen 50 50
Geschirrspüler z.B. Miele G5141 Ecoline 67 67
2x Kühlschrank mit Gefrierfach z.B. Bosch KIL18E65 34 68
Bad 1 (Einrichtung/Sanitär) Schätzungen: Toilette 15kg, Spülkasten 20kg Waschtisch 8 kg, Bodenfliesen ca. 1m², 35kg Duschtasse 10kg Duschabtrennung 30kg, Trennwand, Tür 40kg 200 160
Bad 2 (Einrichtung/Sanitär) wie Bad 1 200 160
Bad 3 (Einrichtung/Sanitär) wie Bad 1 160
Gäste WC wie Bad 1, aber keine Fliesen, keine Dusche, Trennwände aus Alu schon im Kasko 50
Bodenbeläge Kork, Brückendeck innen und außen mit Stairs up 40,2 m² (berechnet aus Modell), davon 22,2m² a 4,739 kg/m² (außen) → 8mm = 105,2kg und 18,0 m² a 3,461 kg/m² (innen) → 6mm = 62,3 kg Rümpfe, geschätzt anhand der Zeichnung je 10m² = 20m² a 3,461 kg/m² → 6mm = 69,2 kg SUMME = 237.6 PLUS Kleber 250
Werkstatt
Werkzeuge 500 500
Ersatzteile 500 500
Werkbank 50 50
Werkzeugschränke 100 100
Wirtschaftsraum
2x 300l Gefriertruhe 1x Liebherr GT 2632 Comfort, 237l, H/B/T 91,7/86,9/75,8, 42 kg, 48h bei Stromausfall, A++ 1x GTP 3656 Premium, 331l, H/B/T 91,7 / 136,9 / 80,7, 67kg, 68h bei Stromausfall, A+++ 100 109
Waschmaschine z.B. Miele W 5825 WPS Edelstahl 97 97
Trockner z.B. Miele T 8723 51 51
Bewegliche Güter
1000l Wasser 1000 1000
2000l Diesel Dichte: 0,85kg/l 1700 1700
Essen 1000 1000
Kleidung 500 500
Private Gegenstände Geschirr, Bücher, Unterhaltungselektronik, Bettzeug, Handtücher, …. 1000 840
Crew 2 PAX 160
Passagiere 6 PAX 500 480
SUMME 32954 37030