3Di erklärt

J/109 BLUR, owned by Peter Gustafsson racing with a North 3Di inventory.© Peter GustafssonPeter Gustafsson, Eigner der J/109 BLUR, ist zwei Saisons Regatten in und um Schweden gesegelt und hat dieses Frühjahr North 3Di-Segel ausgehändigt bekommen. Als Betreiber einer der populärsten Segelblogs in Nordeuropa interessierte sich Gustafsson sehr dafür, wie 3Di-Segel hergestellt werden und wie dies technisch aussieht.

Gustafsson hat kürzlich North Sails in Minden, Nevada, besucht, um hinter die Kulissen der Herstellung von 3Di-Segeln zu blicken. Seine Erläuterungen der North 3Di-Technologie sind in der Segelszene sehr populär geworden. Sein Artikel wurde mehrfach in anderen Segelblogs und auf Webseiten ‘nachgedruckt’. “Es war eine tolle Zusammenarbeit,” sagt Gustaffson. “Ich habe eine tolle Geschichte, schnelle Segel und ein paar Trophäen bekommen. In der J/109-Klasse hat North einen grossartigen Job gemacht, was sie uns als Partner nahe legte,” sagte er.

Auf den folgenden Seiten finden Sie 3Di mit Peter Gustaffson’s Worten (und Augen). Viel Spass!

North Sails 3Di

von Peter Gustafsson

(Abdruck mit Genehmigung)

Man sieht diese sehr markanten grauen Segel auf einigen der TP52s, auf ein paar RC44s und bald sowohl auf der VO70 Puma als auch auf unserer J/109 Blur. Es handelt sich um die neue 3Di-Technologie von North Sails, die sich langsam zu einem Handelsprodukt entwickelt.

Ich wurde nach Minden, NV, eingeladen, um mir das genauer anzuschauen und mit den Mitarbeitern aus der Produktion und Technik zu sprechen. Hier ist ein kurzer Bericht. Vielleicht erinnern Sie sich an die ‚schwarzen Segel’, die Alinghi 2007 getestet hat? Sie hatten nicht genug Zeit, um sie auf Geschwindigkeit zu bringen, aber die Schweizer haben die Technologie verstanden, wie man einzelne Fäden aus PBO aufspreizt und daraus ein Segel herstellt. Zur selben Zeit fanden die Mitarbeiter bei Cuben Fiber heraus, wie man dieses Verfahren bei Dyneema anwendet, hatten jedoch Schwierigkeiten bei Carbon. Als North Sails die Rechte für die beiden Verfahren erwarb, konnten sie verwendet werden, um Carbon- und Dyneema-Fasern in einem Streifen wie dem oben abgebildeten zu verbinden. Diese Streifen sind nun die Grundkomponente von 3Di.

Der gesamte Herstellungsprozess beginnt mit aufgedrehten Garnen aus Carbon, Aramid und Dyneema.

Sie werden in eine Maschine gefüttert, die sich im Englischen ‚Pregger’ nennt und die einzelnen Fasern aufspreizt. Hier sieht man, wie Dyneema-Garn in die Maschine gefüttert wird.

Carbon-, Aramid- und Dyneema-Fasern werden von dieser Maschine aufgespreizt. Die Maschine hat verschiedene Bahnen und Verfahren für unterschiedliche Materialien. Josh Marhevka stellt sicher, dass die Fasern mit einer dünnen Schicht von duroplastischem Klebstoff überzogen werden, um sie zusammenzuhalten, zum einen als Streifen für den Bau des Segels, zum anderen um alle Teile, die das Segel bilden, zusammenzufügen.

Die Fasern werden auf ein Trägerpapier aufgebracht, getrocknet, aufgerollt und in schmalere Rollen geschnitten. Abhängig von der Faser-Mischung können die Streifen zwei- oder dreimal durch die Maschine laufen.

Hier sieht man die ganze Maschine.

Holly Jensen überprüft permanent das Gewicht des Materials. Da die Segel aus mehreren Schichten von Streifen hergestellt werden, sind die zulässigen Massabweichungen sehr gering, um das Gesamtgewicht gering zu halten.

Die Apparatur, mit der die Streifen ausgelegt werden, bewegt sich vor und zurück auf einem flachen Boden, um alle Streifen gemäss des Segeldesigns auszulegen. Die Apparatur entfernt das Trägerpapier und schneidet die Streifen zu.

Hier sieht man eine vollkommen neue Version dieser Apparatur zum Auslegen der Streifen, die in der Produktion verwendet wurde, als ich dort war. Es werden permanent kleine Einstellungen vorgenommen und sowohl der Techniker als auch der Software-Entwickler sitzen im zweiten Stock des 3Di-Gebäudes.

Das ist der obere Sektion eines Grosssegels einer Swan 601. North hat sich entschieden, mehrere kleinere Teile herzustellen, um diese einfacher auf die Form legen zu können. Ausserdem kann die Anlage effektiver genutzt werden, wenn man mehrere kleine Abschnitte herstellt als wenige grosse. Mit der Layout-Software ist es einfach, die verschiedenen Schichten von Streifen auf der Form zu verbinden. Das ist der obere Sektion eines Grosssegels einer Swan 601. North hat sich entschieden, mehrere kleinere Teile herzustellen, um diese einfacher auf die Form legen zu können. Ausserdem kann die Anlage effektiver genutzt werden, wenn man mehrere kleine Abschnitte herstellt als wenige grosse. Mit der Layout-Software ist es einfach, die verschiedenen Schichten von Streifen auf der Form zu verbinden.

Hier sieht man die verschiedenen Schichten von Streifen sehr gut. Unten ist eine graue Schicht, darüber sind innere Streifen-Schichten vor der oberen Schicht auf der anderen Seite. Es gibt 20 verschiedene Streifen, jeder davon hat unterschiedliche Eigenschaften. Das Segel oben scheint ziemlich ähnlich zu sein wie unsere neuen Segel: Die graue äussere Schicht: Äussere Oberfläche aus nicht gewobenem Polyester über Dyneema, verbunden mit duroplastischem Klebstoff, mit UV-Absorbern und Farbmittel. Schwarzer Streifen mit Aramid: Carbon- und Dyneema-Filamente, verbunden mit X-Aramid-Gittergewebe mit duroplastischem Klebstoff und UV-Absorbern. Schwarzer Streifen: Carbon- und Dyneema-Filamente, verbunden mit duroplastischem Klebstoff und UV-Absorbern. Kommen wir zu den Komponenten. Carbon-Fasern sind steif und sehr widerstandsfähig gegen Zuglast und Kompressionsdruck, jedoch sind sie zerbrechlich und einzelne Fasern können nicht geknickt werden. Aramid-Fasern sind stabil und widerstandsfähig gegen Zuglast und Kompressionsdruck. Sie sind nicht so zerbrechlich wie Carbon-Fasern, aber UV-empfindlich. Dyneema-Fasern sind widerstandsfähig gegen Zuglast, aber nicht gegen Kompressionsdruck. Dyneema ist sehr haltbar und flexibel. Somit kann man durch das Verbinden dieser Fasern genau die erwünschten Eigenschaften erzielen. 100% Dyneema war weich und einfach zu verarbeiten, zog sich jedoch ohne Zuglast zusammen. 100% Carbon war gut und stabil, aber empfindlich und schwierig zu verarbeiten. Im Moment scheint die optimale Zusammensetzung zwischen 50/50 und 70/30 Carbon/Dyneema oder Aramid/Dyneema zu liegen. Das ändert sich jedoch permanent aufgrund der Rückmeldungen aus dem richtigen Leben.. Auf dem Bild sieht man auch, dass einige der Streifen ein Gittergewebe mit Aramid bei -45/90/45 Grad haben. Das gibt dem Streifen selbst Stabilität in der Struktur und reduziert die notwendige Streifen-Anzahl.

Insgesamt werden etwa 20 verschiedene Streifen produziert, die bei der Segelkonstruktion von der Design-Software in unterschiedlichen Schichten eingesetzt werden. Im Bild oben ist ein Teil unserer neuen Fock zu sehen. Auch wenn es gut ist, ein Segel mit den erwünschten Eigenschaften herzustellen, kann es schwierig sein, das den Kunden zu erklären. Dafür hat North die 3Di-Segel in Kategorien eingeteilt (diese können sich mit der Zeit ändern): 3Di 870 Carbon/Dyneema, club racing 3Di 880 Carbon/Carbon, TP52 oder Melges 32 (mit weniger Dyneema) 3Di 670 Aramid/Dyneema, VOR oder Open 60, bei denen kein Carbon verwendet werden kann. (6 = Aramid, 7 = Dyneema , 8 = Carbon)

Die Abschnitte werden auf dieselbe Form gebracht, die auch für 3DL-Segel verwendet wird, und die Kanten überlappen genauso weit, wie es der Fall wäre, wenn die Streifen komplett über die Fügenaht gelegt worden wären. Das tatsächliche Segelprofil wird erzielt, wenn die Streifen auf die Form aufgespannt werden und wenn dann unter Hitze aushärten. Hier sieht man ein auf der Form ausgelegtes 3Di-Segel kurz vor der Verfestigung.

Das ganze Segel wird dann in einem Vakuumbeutel versiegelt und alle Schichten werden unter Hitze in einer fast isotropen Struktur verfestigt (widerstandsfähig gegen Kräfte in alle Richtungen). Es besteht ein Unterschied zwischen Lamination (Verbund von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie bei 3DL) und Verfestigung (Verbund von Materialien mit ähnlichen Eigenschaften, wie bei 3Di).

Die obige Software wird eingesetzt, um sowohl die Bahn als auch die Hitze während der Verfestigung unserer Fock zu kontrollieren.

Gabe Testa ist einer unserer Entwickler, der mit der Software hinter 3Di arbeitet. Dies ist eine Abbildung unserer Fock.

Hier kann man die unterschiedlichen Schichten der Streifen sehr gut sehen.

Es gibt viele Vorteile, wenn man die Segel auf diese Weise herstellt. Wir bekommen natürlich steifere Segel, die ihr Profil besser beibehalten und in alle Richtungen stabil sind. Hinzu kommt, dass die einzelnen Fasern kein Wasser aufnehmen. Alle Segel mit Garnen in Lastrichtung absorbieren aufgrund des Kapillareffektes Wasser. In dieser frühen Entwicklungsphase gibt es natürlich Nachteile mit 3Di. Sie sind vor allem empfindlich gegenüber Abnutzung (Spinnaker-Brille am Mast, Achterstag…). Es gab etwas Bruch, vorwiegend bei 4-5 Knoten stärkerem Wind als die Windstärke, für die das Segel konzipiert wurde. Da sich das Profil der Segel nicht verändert, man damit immer noch schnell segelt und die Segel auch gut aussehen, neigt man dazu, sie länger stehen zu lassen. UV ist natürlich ein grosses Problem für Aramid. Einzelne Aramid-Fasern (wie in einem 3Di-Segel) können nach einem Tag in der Sonne zerstört werden. Das Problem wird mit einer dünnen Farbschicht behoben. Der Segeltrimm eines 3Di-Segels erfordert bei leichtem Wind mehr Trimmanpassungen. Nimmt der Wind jedoch zu, ist das Segel stabiler und es sind weniger Anpassungen erforderlich. Mehr darüber, wenn wir unsere neuen Segel bekommen.

Nachdem die Segel verfestigt und ausgehärtet sind, werden sie auf dem Boden fertig gestellt. Da Taschen der Segellatten und Verstärkungen bereits im Segel selbst sind, benötigen sie weniger Arbeit.

Hier sieht man ein fertig gestelltes Segel für Puma. Richart “Scoob” Kiff (im blauen T-Shirt) diskutiert mit Jeff Neri. Scoob arbeitet für Puma Ocean Racing und hilft bei der Ausarbeitung der Details. Er hat auch für BMW/Oracle Racing während des letzten America’s Cups gearbeitet.

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