Kritik des Konstrukteurs Kurt Reinke am Gittermast

(siehe auch PALSTEK 3/00)

Folgende hier im Faksimile wiedergegebene Kritik des bekannten Yachtkonstrukteurs Kurt Reinke hat dieser der Redaktion des Palstek zugeleitet. Da mir dieses Schreiben nur als relativ schlechte Kopie vorliegt, bitte ich die schlechte Qualität zu entschuldigen. Ich hatte Herrn Reinke um die Übersendung des Textes als eMail zur Veröffentlichung auf dieser Seite gebeten. Da, wie ich erfahren habe, Kurt Reinke zwischenzeitlich verstorben ist, war ihm dies sicher nicht mehr möglich.

Nach Reinkes Kritik folgt meine Stellungnahme und die Stellungnahmen von Dipl.Ing.Pat.Ing. Horst Jürgen Duschek - bilden Sie sich selbst Ihre Meinung!

Stellungnahme:

Reinke sagt, daß nur Gittermasten mit 4 Längsprofilen diagonal verstrebt werden können. Hier irrt Reinke! Natürlich lassen sich bei einem dreieckigen Mast die Felder diagonal verstreben. Reinke dachte offensichtlich nur an Strommasten. Diese sind aber im Gegensatz zu Bootsmasten unverstagt, müssen weitausladende Arme für die Kabel tragen und unterliegen starken Biege- und Schwingungskräfte durch Kurven in den Trassen, die Windlast an ihnen selbst und an den Kabeln.

Ein verstakter Yacht-Mast aber ist maschinenbaulich als reiner Druckstab anzusehen (siehe PALSTEK 3/96 „Der Mast als Druckstab“). Die Biegekräfte, die durch die Großsegelrutscher eingeleitet werden, sind relativ gering, was  alleine daran zu sehen ist, wenn man sich diese relativ schwachen Plastikteile einmal genauer anschaut. Auch die Biegebelastung im Seegang ist nicht besonders groß, da die auftretenden Beschleunigungen, die nach oben zu am Mast zunehmen, in halber Masthöhe bzw. zwischen den Salingen, dem Bereich mit der größten Biegebelastung, nicht über 1- 2 G, d.h. nicht über dem einfachen bis doppelten Eigengewicht liegen.

Reinke verkennt, daß z.B. Sendemasten von Radiosendern mit über 120 m Höhe grundsätzlich aus Rohren in Dreiecksform gebaut werden. Diese Masten sind auch wie Yacht-Masten im wesentlichen Druckstäbe, die durch die Windlast, die stark gespannten Abstagungen und ihr Eigengewicht belastet werden. Diese Masten haben Querstreben, die ein Mittelding zwischen Quer- und reinen Diagonalstreben darstellen. Da der Gittermast besteigbar sein soll, hat dieser Querstreben plus Diagonalstreben.

DieDauerbiegefestigkeit bei Stahl ist wesentlich höher als bei Alu ! Das Material für Alu-Masten muß sehr gut strangpreßbar sein, daraus resultiert aber auch die miese Materialqualität! Alumasten pflegen nach vielen tausend Seemeilen oberhalb der Saling abzubrechen, da das Material hier durch die Schwingungen am meisten ermüdet. Bei Stahl tritt diese Ermüdung wesentlich später auf. Man kann das selbst ganz leicht testen: Biegen Sie einmal einen dünnen Stab oder Blechstreifen aus Alu und aus Stahl hin und her und zählen Sie, wie oft Sie dies machen können, bis das Material bricht!

Reinke behauptet, daß die hohe Streckgrenze von Stahl mangelnde Elastizität bedingt und dadurch hohe Bruchgefahr besteht.  Die Elastizität von Stahl ist wesentlich höher als die vom Alu, nicht umsonst werden Federn aus Stahl und nicht aus Alu gefertigt. Und höhere Streckgrenze bedeutet auch nicht höhere Sprödigkeit. Im Übrigen sind die Masten der Großsegler alle aus Stahlrohren ...

Zur Aerodynamik kann ich nur sagen, daß meine Erfahrung und auch nicht die strömungstechnische Theorie nicht seinen Behauptungen entspricht. Der Luftwiderstand läßt sich im Übrigen leicht errechnen:

F=0,5 * r * cw * A * v²

Die Dichte der Luft, der cw-Wert von Rohren und die Windgeschwindigkeit sind für beide Masten gleich, nur die angeströmte Fläche A ist unterschiedlich und bei einem Gittermast wesentlich kleine als bei einem herkömmlichen rohrförmigen Mast. Die Luftwirbel, in denen das hintere Rohr des Gittermastes liegen kann, erhöhen den Windwiderstand nicht, hier irrt Reinke, da ihm anscheinend auch in der Strömungslehre die Grundlagen fehlen. Da diese Wirbel dieses hintere Rohr aus allen Richtungen treffen, heben sich hier die Windkräfte zum Teil auf. Das ist auch der Sinn bei einem Heckspoiler bei einem Fahrzeug: Hier reißt die Strömung ab, die dadurch entstehenden Wirbel verringern den Luftwiderstand des Fahrzeuges und vergrößern ihn nicht, wie Reinke  annimmt.

Reinke behauptet, der Preisvorteil des Gittermastes würde nicht bestehen. Ich habe einen solchen Mast gebaut und weiß, was ich ausgegeben habe! Wenn sein Rigger so billig ein Mastprofil verkaufen kann, wie er schreiben, warum hat er dies mir nicht angeboten, als ich bei ihm ein Angebot eingeholt habe?

Wenn Sie Ihr Boot selbst geschweißt haben, ist es für Sie auch kein Problem, einen solchen Mast zu schweißen. Oder lassen Sie sich ein Angebot von Ihrem Schlosser um die Ecke machen!

Reinke weist auf die Korossionsgefahr hin. Hier hat er ausnahmsweise Recht. Ich habe meinen Mast mit Schutzgas geschweißt, um an den vielen Schweißstellen keine Rost / Schlackeeinschlüsse zu haben. Dazu ist der Mast verzinkt, so daß der Korrosionsschutz gewährleistet ist. Heute würde ich allerdings einen Epoxi-2-Komponenten Anstrichsystem aus praktischen Gründen den Vorrang geben oder  aus Edelstahl bauen. Da Reinke auch Konstruktionspläne von Stahlschiffen verkauft und in seiner Literatur mit Recht sagt, daß der Korrisionsschutz für Stahl kein wirkliches Problem ist, widerspricht er sich in diesem Punkt leider selbst.

Die Erteilung einer Segelnummer und des Typ-Yacht-Zertifikates habe ich nie bei Reinke beantragt, insofern „straft“ er mich auch nicht mit dem „Entzug“. Der Sinn und Zweck ist mir auch nicht einsichtig, ein Qualitätszeugnis ist das Zertifikat nicht, da Reinke ja nur nach Fotos die typenreinheit und sonst nichts beurteilt.

Er will seine Boote möglichst typenrein und gleichartig haben, ein legitimes Anliegen von ihm, der ja seine Konstruktionspläne (die in ihrer Ausführung keineswegs den einschlägigen Normen entsprechen und in denen nach meiner Erfahrung wesentliche wichtige Teile einfach fehlen und dafür Nebensächlichkeiten in aller Breite dargestellt sind, von konstruktiven Fehlern ganz abgesehen) verkaufen will.

Ein Selbstbauer aber will ein Boot, das seinen individuellen Bedürfnissen entspricht, auch ein legitimes Anliegen.

 Folgendes Fax bzw. eMail  zu dem Thema gingen mir zu:

Betreff:  Gittermast
Datum:  Tue, 21 Mar 2000 Dipl.Ing.Pat.Ing Horst Jürgen Duschek
Von:  dushimoto@t-online.de (H.J. Duschek)
 An:   beti@beti.de

Sehr geehrter Herr Tiedemann,

vorab gesagt: Ihr Gittermastkonzept finde ich gut. Hätte grundsätzlich
keine Bedenken mir eine solche Konstruktion aufs Schiff zu stellen. Die Vorteile,
insbesondere die gute Zugänglichkeit des Mastinnenlebens, der Beschläge,
sowie die gewissermaßen integrierte Mastleiter dürften rein ästhetische Bedenken
bei weitem aufwiegen. Der im aktuellen PALSTEK Jan/Feb 2000 geäußerte Einwand,
die Aerodynamik eines Gittermastes sei per se schlechter, erscheint mir
sachlich nicht haltbar. Die jeweiligen Rohre besitzen sowohl einzeln als auch
zusammen genommen ein weitaus geringere Windangriffsfläche bei annähernd gleicher
Querschnittsform wie ein konventionelles Mastprofil. Der Vorliekbereich des
Großsegels wird dadurch auch weitaus weniger abgedeckt als bei einem
Standardmastprofil (Anm.: Der nachteilige Einfluß eines Standardmastes auf
ein Großsegel ist in der Literatur z.B. sehr anschaulich in Marchaj's,
"Aerodynamik und Hydrodynamik des Segelns" dargestellt). Dass Schweißungen sorgfältig
ausgeführt sein müssen, dürfte selbstverständlich sein. Auch der implizite
Hinweis im Palstek, ein Gittermast sei "starrer" als ein Standmast kann man
so nicht stehen lassen. Die Gesamtsteifigkeit eines Mastes im aufgeriggten
Zustand dürfte wohl vom Flächenträgheitsmoment, dem Werkstoff und damit dem
E-Modul, der Gesamtlänge des Mastes sowie der Anzahl und Anordnung der
Verstrebungen/Verstagungen sowie der Einspannbedingungen abhängen. Zudem
ist auch ein Alumast bekanntlich nicht gerade unkritisch bezüglich
Biegewechsebelastungen. Diesbezüglich sehe ich ergo keinen Grund, warum ein
Gittermast schlechter abschneiden sollte.

Was mir allerdings ein wenig Bauchweh bereitet, ist der Umstand, dass Sie
Ihren Gittermast nur mit horizontalen Querverstrebungen ohne jegliche
fachwerkartige Diagonalverstrebungen gebaut haben. Nun ist auch mir bekannt, dass in die
Euler-Knickungsformeln als Hauptparameter neben dem E-Modul und der
Stablänge lediglich das Flächenträgheitsmoment einfließt. Nun ist die elastische
Knickung nach Euler allerdings ein Berechnungsmodell für ausschließlich
druckbelastete Stäbe. Ein Mast ist aufgrund der auf das Segel wirkenden aerodynamischen
Kräfte, die u.a. als Streckenlast auf den Mast übertragen werden, in einem nicht
unerheblichen Maße zusätzlich biegebelastet. Daraus resultieren wiederum
Querkräfte im Mast, die durch die reinen Querverstrebungen, die ja keine
Schubfelder darstellen, nur denkbar schlecht aufgenommen werden können.
Biegebelastete Fachwerkträgerkonstruktionen besitzen daher die besagten
Diagonalverstrebungen.

Gibt es einen speziellen Grund, warum Sie bei der Auslegung des
Gittermastes auf diese Diagonalverstrebungen verzichtet haben ?

Gerne sehe ich Ihrer Antwort entgegen und verbleibe zwischenzeitlich
mit freundlichen Grüßen

H.J. Duschek
(Dipl. Ing.)

- Auf diese eMail hin hatte ich Herrn Dipl.Ing. Duschek mitgeteilt, daß sehr wohl Diagonalstreben angebracht werden und ich hatte ihm eine schematische Skizze der Biegelastverteilung zugeschickt. Darauf seine Antwort:

Betreff:  Gittermast; Dipl.Ing.Pat.Ing Horst Jürgen Duschek
Datum:  Tue, 21 Mar 2000 22:05:03 +0100
    Von:  dushimoto@t-online.de (H.J. Duschek)
     An:   beti@beti.de

Sehr geehrter Herr Tiedemann,

haben Sie vielen Dank für die rasche Beantwortung meiner Anfrage bezüglich
Ihrer Gittermastkonstruktion.

Wie Sie mir mitteilten, weist der Gittermast stellenweise sehr wohl
Diagonalverstrebungen auf. Dieser Umstand ist Ihrem Hinweis zufolge in der
besagten Palstek-Publikation lediglich nicht so explizit herausgestellt
worden.
Der Ihrem Antwortschreiben beigefügten Skizze konnte ich ferner entnehmen,
dass
Sie bei der Auslegung des Mastes von einer weitaus detaillierten
Lastenannahme
ausgegangen zu sein scheinen, als dies in dem Palstek-Artikel erkennbar
ist. Die
von Ihnen dabei zugrunde gelegten Konstruktionskriterien sowie Ihre
Beurteilung
der Materialeigenschaften als solche erscheinen mir anerkannt und fundiert.
Im
Übrigen kann ich Ihnen nur beipflichten, dass gitterartige Mast- oder
Tragwerkskonstruktionen selbstverständlich auch eine dreieckige
Querschnittsform
aufweisen können.

Da Sie die Seitenfelder des Mastes als integrierte Mastleiter nutzen
möchten,
wären Diagonalverstrebungen in diesen Bereichen aus ergonomischer Sicht
natürlich äußerst hinderlich. In Anbetracht der Tatsache, dass der grössere
Querschnitt des Mastes (und damit das grössere Flächenträgheitsmoment um
dessen
Querachse) in Schiffslängsrichtung orientiert ist, sollte unter
Berücksichtigung
eines hinreichenden Sicherheitsfaktors jedoch in der Tat eine angemessene
Stabilität gewährleisten.

Persönlich würde ich dennoch die achtern liegende Seite des Gittermastes
über im
wesentlichen die gesamte Mastlänge mit Diagonalverstrebung pro Feld
versehen.
Dies vermeidet nicht nur unerwünschte Steifigkeitssprünge, sondern dürfte
das
Mastkonzept insbesondere für den Selbstbauer universeller einsetzbar
machen, da
man von einer etwas vereinfachteren Lastenannahme ausgehen und die
Angriffspunkte der Wanten/Stagen variabler wählen könnte. Das daraus
resultierende Zusatzgewicht müßte als geringfügig zu bewerten sein.

Mit freundlichen kollegialen Grüssen

H.J. Duschek
(Dipl. Ing.)

PS:
Gerne dürfen Sie meine Meinungsäußerung auf Ihrer Webseite veröffentlichen.

Anmerkung B. Tiedemann:   Ich empfehle inzwischen in allen Feldern Diagonalstreben.

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