TECHNIK

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Inhalt:

Form der Spitzen

Werkstoffe

Auswahl der Spitze

Schraubspitze oder Klebespitze

Die Auswahl des richtigen Klebstoffes

 

 

 

 

FORM DER SPITZE:

 

Bogenschießen macht sehr viel Spaß.

Wenn da nicht ein paar unnötige Unwegsamkeiten wären

- Pfeil lässt sich nur mühevoll wieder ziehen

- Pfeilschaft klebt voller Stroh oder Kunststoff

- Pfeilschaft wird in Strohscheiben vorne abgenutzt

- Pfeil beginnt bei größeren Distanzen zu Trudeln

- Gewinde der Pfeilspitze löst sich permanent

- Entfernung zu 3D-Tierattrappe unterschätz: Pfeil gleitet am „Bauch“ ab und verschwindet im Moos

- Pfeil kommt nach Fehlschuss zerstört aus dem Boden:

     - Schaft geborsten und Spitze hinein gedrückt

     - Schaft hinter der Spitze abgebrochen

 

Dinge, die die Welt nicht braucht.

Was ist bei den Pfeilspitzen von Winys Archery nun besser?

 

Schema Schraubspitzen

 

Die Pfeilspitzen beginnen in einem sehr „spitzen“ Winkel. Das hat gleich 4 positive Effekte:


1) durch die spezielle Auslegung des Winkels werden Strömungsabrisse und Verwirbelungen vermieden, der Pfeil fliegt ruhiger, stabiler und verliert weniger Geschwindigkeit


 

2) Die Spitzenform ist auf den Reibwinkel der gängigen Scheibenmaterialien abgestimmt. Der Pfeil wird hierdurch langsamer Abgebremst, die kinetische Energie des Pfeiles wird nicht abrupt, sondern über einen längeren Bremsweg freigesetzt, hierdurch ist die punktuelle Erwärmung des Scheibenmaterials niedriger und dadurch wird das Anbacken von Scheibenmaterial auf dem Schaft stark reduziert oder gar vermieden. Obwohl der Schaft tiefer eindringt oder sogar hinten aus der Scheibe herausschaut, lässt sich der Pfeil leichter ziehen und die Scheibe wird sogar geschont, da sie nicht stückchenweiße mit dem Pfeil herausgerissen wird.


Schaft geborsten

3) Steckt in der Scheibe noch die Pfeilspitze eines Vereinskameraden, ist in einem 3D-Tier ein Stahlstab oder geht der Schuss mal daneben und der Pfeil trifft auf einen Stein, dann wird der Schaft von (je nach Bogen) 200-300 km/h in 5-10 mm auf Null abgebremst!! Die kinetische Energie Ekin = ½ m v² des Pfeiles wird in diesem Fall nicht durch Reibung in Wärme umgewandelt und der Pfeil sanft abgebremst, sondern die gesamte Energie bleibt im Pfeil! Dieser fängt an, sich zu verformen – zunächst reversibel, dann bleibend bis schließlich zum Bruch an der schwächsten Stelle - meist hinter der Spitze. Hält die Klebefläche zwischen Insert/Spitze und Schaft den extremen Kräften nicht stand, dann wird die Spitze in den Schaft hinein geschoben und der Pfeilschaft spleißt auf. Die schlanke Spitzengeometrie von Winys Archery vermindert das Risiko eines defekten Schaftes beträchtlich. Beim Aufprall wird das vordere Ende der Spitze – ähnlich der Knautschzone beim Auto - plastisch verformt, wandelt so einen Großteil der Kinetischen Energie in Verformung und Wärme um und sorgt zudem für 10-20% mehr Bremsweg, was die auftretenden Kräfte zusätzlich reduziert. Jetzt ist zwar die Spitze unbrauchbar, aber der Schaft hat eine deutlich erhöhte „Überlebenschance“.

>> Spitze rausschrauben, neue Spitze rein, Schaft kontrollieren und weiter Schießen.


Hase  Hase detail (mit freundlicher Genehmigung von Schlei Bogensport)

4) Der Zeitpunkt, ab welchem ein Pfeil vom Ziel abgleitet und sich ins Gebüsch verabschiedet hängt neben Härte des Zielmaterials sowie Gewicht und Geschwindigkeit des Pfeiles maßgeblich von der Form der Spitze ab.
Modellbetrachtung:

Schema Abgleiten hält  Winys ArcheryKommt die eigentliche Spitze mit dem Material der 3D-Tiernachbildung in Berührung wir die Oberfläche durchdrungen und der Pfeil steckt im Ziel


Schema Abgleiten weg Winys ArcheryTrifft die Spitze mit dem stumpfen Umfang auf, dann gleitet der Pfeil ab.

 


Schema Abgleiten Grenzwert  Winys ArcheryDer relevante Grenzwert ist also in unserer Betrachtung erreicht, wenn die Spitze gerade noch das Material des 3D-Zieles berührt.


Schema AbgleitenBetrachtet man nun einige Spitzenformen im Vergleich, so wird deutlich, weshalb die Spitzen von Winys Archery erst bei sehr extremen Bedingungen abgleiten.


Für alle, die dennoch keine krumme Spitze riskieren wollen, wenn’s ins Gelände geht, führen wir für die gängigsten Größen auch Spitzen aus gehärtetem Stahl im Sortiment. Erst nach der 4-5 fachen Belastung der Spitze beginnt diese, sich zu verformen. Dabei achten wir stets darauf, dass die Spitzen nicht sprödhart sind, um Verletzungen durch scharfe Bruchkanten weitestgehend zu vermeiden.

 

Anschlussdurchmesser

 

Nach der schlanken Spitzenform wird die Geometrie zunächst etwas größer, als der Anschlussdurchmesser. Dadurch wird das Loch in der Zielscheibe geringfügig mehr aufgeweitet, sodass der nachfolgende Schaft vergleichsweise reibungsarm durchgleiten kann. Dadurch wird Abrieb und Verschweißen mit dem Scheibenmaterial stark reduziert.

Danach verringert sich der Außendurchmesser wieder auf präzise den Anschlussdurchmesser und vermeidet so unnötigen Widerstand beim Ziehen des Pfeiles.

 

Losdrehsicherung

 

Im Passungsdurchmesser sind die Schraubspitzen von Winys Archery so mit einem O-Ring versehen, dass

- die Spitze sich optimal im Insert zentriert

- ein Lösen der Spitze durch Stöße und Vibrationen unterbunden wird

- die Spitze statisch möglichst an einer wenig belasteten Stelle verschwächt wird.

 

 

 

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WERKSTOFFE:

 

Unsere Pfeilspitzen werden hauptsächlich aus 3 Werkstoffen hergestellt:

- Stahl:

Es kommen mehrere Stahlsorten zum Einsatz, die an die Anforderungen im Bogensport (s.o.), der Beschichtung und Bearbeitung angepasst sind. Um Rostbildung vorzubeugen werden die Spitzen galvanisch mit Zink beschichtet und passiviert. Hierdurch entsteht eine selbstheilende Schicht, welche eine Zeit lang kleine „Verletzungen“ selbst ausheilen kann und somit intakt bleibt. Der frische Zink hat in den ersten Monaten zudem sehr gute Gleiteigenschaften, wodurch das Ziehen der Pfeile zusätzlich erleichtert wird.

- Edelstahl:

Zum Einsatz kommt hier ein Stahl, der die Rostbildung im normalen Einsatz zuverlässig verhindert. Auch wenn ein Pfeil 1-2 Jahre im Erdreich darauf wartet, wieder gefunden zu werden, ist die Spitze noch einwandfrei. Edelstahl hat eine etwas geringere Festigkeit als Stahl, weshalb nicht alle Spitzen aus Edelstahl gefertigt werden.

- gehärteter Stahl:

Für extreme Einsatzbedingungen, das können dünne, lange Spitzen sein, die gegen Verbiegen im Schaft geschützt werden müssen, aber auch Spitzen, die unter rauen Bedingungen geschossen werden und deren Deformation bei harten Treffern nicht gewünscht ist, setzten wir hochlegierte, gehärtete Kohlenstoffstähle ein. Diese verformen sich (bleibend/plastisch) erst bei Kräften, die 4-5 mal höher sind, als bei Stahl oder Edelstahl. Dabei achten wir stets darauf, dass die Spitzen nicht sprödhart sind, um Verletzungen durch scharfe Bruchkanten weitestgehend zu vermeiden.

Um Rostbildung vorzubeugen werden auch diese Spitzen galvanisch mit Zink beschichtet und passiviert. Hierdurch entsteht eine selbstheilende Schicht, welche eine Zeit lang kleine „Verletzungen“ selbst ausheilen kann und somit intakt bleibt. Der frische Zink hat in den ersten Monaten zudem sehr gute Gleiteigenschaften, wodurch das Ziehen der Pfeile zusätzlich erleichtert wird.

 

 

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SPITZENAUSWAHL

 

 

Ein wenig Theorie:


 

Jeder Hobby-Strömungstechniker kennt das Phänomen, dass ein Tropfen die aerodynamisch beste Form besitzt.

Dennoch hat ein Pinguin einen fast ebenbürtigen Luftwiderstandsbeiwert (cW)!

Also gibt es wohl noch bedeutend mehr Einflüsse, als die reine Form des betrachteten Körpers – also hier unseres Pfeils.


Ein Pfeil, der ideal gerade aus fliegt, hat eine sehr kleine Angriffsfläche (max Querschnitt von Schaft/Spitze und 3 x Höhe x Materialdicke Pfeil von vorn IIder Fletchen) aber eine relativ große Länge. Alle sprechen vom cW -Wert und denken dabei an die Form der Spitze und Höhe der Fletchen. Das ist für den eigentlichen Luftwiderstand aus der Verdrängung auch richtig.

Durch das jedoch sehr einseitige Verhältnis von Durchmesser zu Länge des Pfeiles steht eigentlich ein ganz anderes Phänomen im Vordergrund: die Reibung!

 

Ja – die Luft wird von der Pfeilspitze zwar auf die Seite geschoben, aber dann reibt die Luft von vorne bis hinten am Pfeil entlang.

Untersuchungen an Drähten haben gezeigt, dass der gesamte Luftwiderstand fast zu 100% aus Reibung besteht und der Luftwiderstand, den wir so kennen (Stichwort: cW) einen eher untergeordneten Einfluss hat.

 

Tropfenform

Tropfen WA

Ein Flüssigkeitstropfen wird durch seine Oberflächenspannung zusammen gezogen und versucht eine Form, mit möglichst geringer Energie, also möglichst geringer Oberfläche zu erreichen.

Das Resultat ohne äussere Kräfte (z.B. im All) wäre der Körper mit maximalem Inhalt bei minimaler Oberfläche: die Kugel.

Fällt der Tropfen nun durch die Luft, so wird er durch die Windkräfte verformt.

Jetzt kämpft das Bestreben nach der Kugelform gegen das Bestreben nach möglichst geringem Luftwiderstand. Letzteres darum, weil eine Kraft immer Bewegung (in unserem Fall Verformung) hervorruft, wenn keine Gegenkraft das verhindert.

Die Tropfenform ist also nicht das Optimum bzgl. Luftwiderstand, sondern ist auch zu einem Teil der Oberflächenspannung geschuldet. Darum gibt es Körper mit noch geringerem cW -Wert.


Reibung

 

Die Reibung entlang eines Pfeiles entsteht in der Randzone zwischen unbewegter Luft und bewegtem Pfeil. Je dicker diese Randzone ist, desto höher ist die Reibung und damit der Geschwindigkeitsverlust des Pfeiles. Man kann sich das ja ganz gut vorstellen: Wenn sich zusätzlich zum Pfeil noch eine fast gleich schnelle Hülle aus Luft Richtung Zielscheibe quälen muss, … .

Deren Dicke hängt zum einen von der Geschwindigkeit des Pfeiles ab und zum zweiten von der Form.

Mal wieder zurück zu unserem heißgeliebten Tropfen.

Der Tropfen beginnt mit einer stumpfen „Halbkugel“ und endet mit einem Schweif. Vergleichen wir mal die die cW -Werte:

Tropfen WA     Tropfen 0,02

Halbkugel WA Halbkugel 0,34

 

(Je niedriger der cW -Wert, desto geringer der Luftwiderstand)

Offensichtlich ist die Halbkugelform am Anfang des Tropfens nicht mal die halbe Miete. Viel entscheidender ist es, wie’s danach weiter geht.

Der Tropfen bietet hier, im sich wieder verjüngenden Teil, eine optimale Kontur, der die Strömung noch eben so folgen kann, ohne abzulösen und Wirbel zu bilden.

 

Beim Pfeil kennen wir 2 Formen des Schaftes:

- Zylindrisch (hat jeder FWW-Pfeil)

- Gebarrelt (beim ambitionierten Holzpfeilschützen und bei Top-Pfeilen wie z.B. ACE, X10)


Wenn die Form sich entlang der Strömung aufweitet (z.B. bei einem Kegel oder gebarrelten Schaft), dann wird die Randschicht und damit die Reibung des Pfeiles kleiner. Erweitern wir unsere cW -Wert Tabelle daher um den Kegel (Spitze voraus) und einen langen, zylindrischen Körper (Draht).

 

- Tropfen 0,02

- Halbkugel 0,34

- Kegel (30°) 0,35

- Draht 0,35

 

Und was sagt mir das jetzt?

- Wenn der Pfeil „pfeilgerade“ fliegt, dann sieht das Optimum so aus:

- Kegelformige Spitze mit Spitzenwinkel unter 30°

- Möglichst dünner Schaft

- Schaft gebarrelt

- Keine Fletchen

 

ABER:

Fliegt der Pfeil „pfeilgerade“?

Tut er natürlich nicht.

Der Luftwiderstand ist bekanntlich definiert

 

      F = cW A 0,5 ρLuft

 

Das heißt, dass die Fläche A – betrachtet man den Pfeil in Flugrichtung von vorne (bitte zu Hause nicht nachmachen) – denselben Einfluss hat, wie der tollste cW -Wert.


 

Wenn also der Pfeil nur minimal aus der Flugrichtung ausbricht,


oder sich durchbiegt (Paradoxon)


dann hat man leicht bis zum 10-20 fachen Luftwiderstand. Das einzige, das da hilft ist ein dünner Schaft und ein schnelles Stabilisieren (z.B. durch große Fletchen).

 

Dennoch:

 

Ich habe das Design für Spitzen für den Victory VAP überarbeitet und nach eigenen Tests einem befreundeten FU-Schützen zum Testen gegeben. Die Spitze waren mit unverändert schlanker Kegelformgefertigt – lediglich das vorderste Ende der Spitze war stärker verrundet.

Die Pfeile sind bei sonst unveränderten Kennwerten auf 50m um 5cm tiefer gesteckt!!

 

FOC:

 

FOC = Front of Center: also der Abstand zwischen dem Gewichtsschwerpunkt und der geometrischen Mitte des Pfeiles.

Bei Gewichtsverhältnissen wie in einem Käsewürfel mit Zahnstocher ist der FOC zum Beispiel SEHR weit vorne, die geometrische Mitte aber fast in der Mitte des Zahnstochers.

Bei den Kollegen, die einen Lightspeed mit 30Grain-Spitze schießen – sehr weit hinten. Da die Schwerkraft keine Vorlieben kennt und damit ein kg Blei die gleiche Beschleunigung Richtung Erdmittelpunkt erfährt, wie ein kg Daunen und die Fallgeschwindigkeit des Pfeiles nicht ausreicht um durch den Luftwiderstand den Unterschied zu generieren macht der FOC an der Reichweite bzw. vertikalen Flugbahn zunächst keinen nennenswerten Unterschied.

Und je leichter der Pfeil, desto schneller fliegt er und fällt nicht so stark bis zum Ziel (vor allem wichtig für Schätz-Koryphäen bei 3D-Tournieren mit unbekannten Entfernungen ;-).

 

ABER

 

- Je schwerer der Pfeil, desto fehlerverzeihender wird er.

- Der Bogen wird effektiver, ruhiger und leiser.

 

Der FOC bestimmt auch, wo sich der vordere „Schwingungsknoten“ des Pfeiles befindet.

Schwingungsknoten bei sehr leichter Spitze, kleiner FOC

Schwingungsknoten bei schwerer Spitz, großer FOC

 

Wird der Pfeil in Schwingung versetzt (Fingerablass, ...), so schwingt er um 2 gedachte Achsen, die sich bei einem Stab auf jeweils ¼ und ¾ der Länge befinden. Dadurch, dass unser Pfeil keine gleichmäßige Gewichtsverteilung hat, wird die schwere Spitze den vorderen Schwingungsknoten sehr stark nach vorne verlagern. Damit lenkt die Spitze des Pfeiles beim Schwingen nicht mehr so stark aus der Mitte der Flugbahn aus und die Gruppe wird enger. Daher empfiehlt es sich, den FOC vor allem auf kurze Distanzen, bei denen der Pfeil sich noch sehr wenig stabilisiert hat, möglichst weit nach vorne zu verlagern.

Was ebenfalls zur schnellen Beruhigung des Schaftes beiträgt ist ein inhomogenes Schwingverhalten des Schaftwerkstoffes.

 

Was das ist?

 

Eine Eigenschwingung besteht immer aus einer dem Schwinger-spezifischen Frequenz. Das heißt er schwingt sich bei einer typischen Frequenz auf und hört so schnell nicht wieder auf. Stellen wir uns nun einen Schwinger vor, der in eine Richtung der Schwingung (Amplitude) eine andere Eigenfrequenz hat, wie in die Gegenrichtung. Dann kann sich das System nicht aufschwingen, da es sich bestenfalls halb in Resonanz befindet. Das wird erreicht durch Materialien mit Füllstoffen – wie z.B. Carbon. Auf Zug kommen die Kohlefasern zur Geltung und auf Druck die Harzmatrix – beide mit unterschiedlichen Eigenschaften. Eins drauf setzt der Alu-Carbon-Verbund.

Einen vergleichbaren, zusätzlichen Effekt hat das Barreln, das ein inhomogenes Schwingverhalten über die Länge des Schaftes verursacht.

 

Fazit

3D:

Will ich einen Pfeil, mit flacher Flugparabel, fehlerverzeihend und noch gut gruppiert, dann sollte ich einen dünnen Alu-Carbon-Schaft, gebarrelt mit großen Fletchen und einer kegelförmigen, spitzigen Spitze geringen Gewichts verwenden.

Target:

Hier benötige ich einen schnellen Pfeil nur bei Seitenwind. Daher kann das Spitzengewicht zugunsten guter Gruppierungen eher höher gewählt werden.

Allgemein:

Je schneller ein Pfeil sich beruhigt, desto schneller und präziser fliegt er.

 

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SCHRAUBSPITZE ODER KLEBESPITZE

 

Mal geht der Trend zu Schraubspitzen, eine Saison später setzen sich wieder Klebespitzen durch.

Was ist nun besser?

 

Leider lässt sich diese Frage nicht grundsätzlich beantworten.

Man muss abwägen, was man damit machen möchte.

 

 

Schraubspitze

Klebespitze

Pro

Schneller Wechsel ohne Werkzeug

Sehr einfaches Ausschießen von Spitzengewicht und FOC

Kann notfalls ausgedreht werden, wenn bei einem Schuss in Holz die Spitze zu fest sitzt

Besserer Rundlauf und Konzentrizität durch längere Führungslänge und geringere Anzahl Toleranzstellen

Nur ein Teil – oft billiger

Contra

Geringere Rundlaufpräzision, da sich Toleranz von Schaft-Insert und Insert-Spitze addieren

Bei verbogener Spitze muss meist auch das verbogene Insert mit gewechselt werden

Schneller Wechsel nur mit Werkzeug und richtigem Klebstoff möglich

Daher auch umständliches Pfeiltuning

Fazit

3D und Pfeiltuning

Target oder bei bekanntem Setup

 

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KLEBSTOFF

 

 

Muss Das Sein?

Pfeilschrott +WA

 

Wer kennt das nicht: Man steht im Parcours, steht im Auszug, fixiert den Innenkill, lässt ab und … der Pfeil macht ein ganz ungesundes Geräusch?

Woher kommt das? Ist das Vermeidbar?

Die Antwort hierauf ist ein klares Jein.

 

Eine Binsenweisheit: Treffen

... hilft leider auch nicht immer. Wer hat nicht schon erlebt, dass in oder hinter einem 3D-Tier eine Eisenstange oder in der Scheibe eine alte Spitze steckt?

Der Effekt ist derselbe, als würde der Pfeil auf einem Stein abprallen. Der Pfeil kommt mit ca. 200-300fps, das entspricht 60 – 90Meter/Sekunde, oder anschaulicher  220 – 330km/h angeflogen.

 

Die Gewichtsverteilung im Pfeil ist ungefähr

 

Gewicht

in Grain

in kg

Spitze&Insert

100Grain

0,00648kg

Schaft, Nocke&Fletch

220Grain

0,01426kg

 

Der Bremsweg des Pfeiles lässt sich bei 300fps wie folgt abschätzen:

 

Material

Weg

Weg in m

Etaphoam

40cm

0,4m

3D-Tier

10cm

0,1m

Stroh gepr.

4cm

0,04m

Holz

2cm

0,02m

Stein/Stahl

2mm

0,002m

(Bei Stein/Stahl handelt es sich um die Deformation der Spitze)

 

Was passiert nun, wenn der Pfeil abgebremst wird.

1.  Die Spitze gerät in Kontakt

2.  Die Spitze dringt in das Material ein oder wird deformiert

3.  Die Spitze wird gebremst/verzögert

4.  Über die Klebeverbindung und den Bord des Inserts/der Spitze wird Kraft auf den Schaft übertragen

5.  Der Schaft wird gebremst/verzögert

6.  Der Schaft gibt der Kraft nach und knickt (vgl. Eulersche Knickfälle) seitlich aus.

 

Betrachten wir zunächst das Ausknicken am Beispiel einer Scheibe aus gepresstem Stroh. Hier kann man sehr schön den Effekt sehen, da sich hier das Ausknicken und das Abbremsen überlagern. Der Pfeil wird viel zu abrupt abgebremst (von 330km/h auf 0 in 4cm!!) dadurch wird die Kraft auf den Schaft so groß, dass er ausknickt. Nun handelt es sich hierbei zunächst nicht um einen scharfen Knick, sondern mehr um eine Biegung. Die Spitze wird bei Ihrem Weg in das Stroh aus der Schussrichtung heraus gedreht und der Pfeil steckt nachher irgendwie schräg (meist nach oben, da die Scheiben alle geneigt stehen) in der Scheibe. In welchem Zustand der Schaft nachher ist entscheidet sich durch mehrere Faktoren:

·      Gewichtsverteilung (Spitze/Schaft)

·      Unterstützung des vorderen Schaftendes durch eine Spitze, die weit in den Schaft hinein reicht

·      Elastizitätsmodul und Flächenträgheitsmoment (Spine-Wert) des Schaftes

·      Fließ-/Bruchgrenze des Schaftwerkstoffes

Die Gewichtsverteilung hilft insofern, dass z.B. eine 190Grain-Spitze einen längeren Bremsweg zeitigt und damit die Kräfte auf Klebestelle und Schaft reduziert. So gibt es einige Erfahrungsberichte von Compundschützen mit dem X7-2315 mit 190Grain-Spitze, deren Pfeile die Strohscheibe durchschlagen und deren Schäfte nie wieder krumm wurden.

Bzgl. Der Fließ-/Bruchgrenze des Schaftes muss zwischen Aluminium-Schäften und Carbonschäften unterschieden werden. Aluminium-Schäfte haben nach einer elastischen Phase der Verformung eine plastische, bevor es zum Bruch kommt. Wird also die Verformung zu hoch, so federt der Schaft nicht mehr elastisch in seine Ausgangslage zurück, sondern bleibt teilweise in der verformten Stellung stehen: Der Schaft wird krumm. Carbon-Schäfte hingegen sind sprödhart. Das heißt, sie können größere Verformungen ertragen, bis die elastischen Möglichkeiten des Werkstoffes erschöpft sind, brechen dann aber, ohne jegliche bleibende Verformung ab.

Dabei kann, vor allem bei Stroh-Scheiben auch eine Ermüdung des Materials durch die stetig grenzwertige Belastung beobachtet werden. So brechen Schäfte oft erst nach einigen Passen (also bitte nach jeder Passe flexen!).

 

Wie bereits erwähnt ist ein weiterer neuralgischer Punkt die Verbindung von Spitze/Insert zum Schaft.

Beleuchten wir zunächst die hier wirkenden Kräfte.

 

Die Grundgleichung der Mechanik stellt mit

 

      F=m a      (1)

 

den Zusammenhang zwischen der zu erwartenden Kraft F, der verzögerten Masse m und der Verzögerung a her.

Die Verzögerung berechnet sich hierbei aus

 

      v = a t      (2)

 

und

 

      s = ½ a t²      (3)

 

zu

 

      s = ½       (4)

 

bzw.

 

      a = ½       (5)

 

Setzen wir nun unsere Werte in Gleichung (5) und dann in (1) ein ergeben sich folgende Näherungswerte:

 

 

Bremsweg

Beschleunigung

Kraft auf Klebeverbindung

Etaphoam

0,4m

1032 m/s²

14,7N

3D-Tier

0,1m

4128 m/s²

58,9N

Stroh

0,04m

10321 m/s²

147,2N

Holz

0,02m

20642 m/s²

294,4N

Stein/Stahl

0,002m

206422 m/s²

2943,6N

 

Das heißt, bei einem Treffer auf Stein oder Stahl ist die Kraft identisch der Gewichtskraft von 300kg!

Man muss sich vor Augen halten, dass wir von 2mm Bremsweg ausgegangen sind. Bei einer stabileren Spitzengeometrie und damit vielleicht nur einem halben Millimeter Deformation der Spitze erhöht sich die Kraft um das Vierfache, also auf mehr als eine Tonne!!

In Etaphoam hingegen treten nur 1,5kg gegen den Schaft an.

 

Der Klügere gibt nach:

Die extremen Kräfte führen an der schwächsten Stelle zum Versagen des Systems. Wenn die Klebestelle versagt, dann schiebt sich der Schaft nach vorn. dort wird er vom Insert oder der Spitze gehalten, bis die Kraft ebenfalls zu groß wird und er bürsten- oder ballonförmig nach außen ausweicht. Die Form der Anlagefläche von Spitze oder Insert macht hier nur einen marginalen Unterschied.

Wenn die Verklebung hält, dann reißt es bei Carbonschäften entweder im Bereich der Verklebung Lagen des Materials aus der Wandung und es gibt wieder eine Bürste oder der Schaft bricht an der am meisten beanspruchten Stelle ab. Das ist, je nach Aufprall, direkt hinter der Klebestelle. Alternativ oder zusätzlich werden durch die plötzlichen, heftigen Ausknickbewegungen und den daraus resultierenden Beschleunigungen oft die Nockenseitigen Schaftenden mit beschädigt und die Nocken

heraus geschleudert.

 

Wodurch wird die mögliche Kraftübertragung an der Klebestelle limitiert?

 

Es gibt 3 Dinge, die die mögliche Kraftübertragung einer Klebung wesentlich definieren:

 

1.  Die Ausführung der Verklebung

2.  Die Verfügbare Klebefläche

3.  Der verwendete Klebstoff

 

Die Ausführung der Verklebung

 

Jede Verklebung ist nur so gut, wie ihre Ausführung. Die maximale Klebekraft kann erreicht werden, wenn sich keine Fremdkörper (Fett, Wachs, Trennmittel, unvernetztes Harz oder Härter, lose Partikel, Feuchtigkeit) zwischen der Materialoberfläche und dem Kleber befinden.

Beide Klebeflächen leicht aufrauen (entfernt Oxidschichten von Alu/Stahl, Passivierungsschichten von Edelstahl, alles Lose bzw. nicht so harte Randschichten vom Schaft und kratzt Wachse und Trennmittel ab). Das Aufrauen ist mehr eine Reinigung, als dass die Klebung durch eine raue Oberfläche wirklich stabiler wird. Am einfachsten nimmt man eine feine, kleine Rundfeile oder 400-ter Schleifpapier um einen Schaschlik-Spieß. Danach den Schleifstaub und gleichzeitig Fett mit einem entfettenden Reinigungsmittel entfernen(Achtung: Herstellerangaben für Schaft und Handhabung des Reinigungsmittels beachten – viele Schafthersteller raten von Aceton ab, das die beste Reinigungswirkung hätte).

Jetzt gut trocknen lassen. Kleber frisch anrühren und Topfzeit beachten oder 1-K-Kleber auf Haltbarkeit überprüfen. Klebefläche vollständig nach Herstellerangabe einstreichen (ruhig etwas dicker) und rein damit. Wenn kein Kleber heraus gedrückt wird, dann war’s zu wenig Kleber.

Überschüssigen Kleber sofort entfernen, dabei den Spalt zwischen Spitze(Insert und Schaftende ruhig voll lassen.

 

Verfügbare Klebefläche:

 

Die Verfügbare Klebefläche wird definiert durch den Innendurchmesser des Schaftes und der Länge, der Klebefläche. Je „dicker“ der Schaft und je länger die Klebefläche, desto besser also.

Break-Offs immer mit einkleben. Das erhöht zwar meist kaum die Klebewirkung (s.u.: Klebespalt), vermeidet jedoch Klappern oder Abbrechen der Teile im Schaft und stabilisiert diesen definiert bzgl. dynamischem Spine.

 

 

Welcher Kleber?

 

Grundsätzlich findet man im Bogensport 3 Arten von Klebern:

·      Heißkleber

·      2-K-Epoxy-Kleber

·      Sekundenkleber (Superglue)

 

Zunächst muss man wissen, dass jeder Kleber an die zu verklebende Stelle und die Beanspruchung angepasst sein muss. Dabei sind folgende Punkte zu beachten:

·      Maximale Scherkräfte

·      Physikalische und Chemische Verträglichkeit mit den Oberflächen

·      Geometrie des Klebespaltes

·      Beanspruchung der Klebestelle

 

Bzgl. der maximalen Scherkräfte bei optimalem Klebespalt gilt von sehr fest nach weniger fest:

2-K   >>  Heißkleber  >>  Sekundenkleber

 

Bzgl. Der Verträglichkeit (bei Carbonschäften)

Sekundenkleber  >>  Heißkleber

(2-K verbindet sich nur bei Verwendung spezieller Harz-Härter-Kombinationen mit dem Schaft. Verschiedene handelsübliche Kleber verbinden sich nicht)

 

Bzgl. Der Verträglichkeit (bei Alu-Schäften)

2-K   >>  Heißkleber  >>  Sekundenkleber

 

Ein wichtiges Thema ist auch der Klebespalt. Jeder Kleber ist abgestimmt oder funktioniert nur mit einem bestimmten Klebespalt. So sind für hochviskose Kleber, wie 2-K oder Heißkleber die Spalte bei 0,2-0,4mm Klebespalt, beim Sekundenkleber eher im Bereich 0,02mm. Es gibt jedoch Sekundenkleber, die auch auf größere Spalte abgestimmt sind. Es handelt sich dabei um an‑tixotropierte Kleber, sogenannte Gel-Kleber. Mit diesen kann ebenfalls ein Spalt bis 0,2mm überbrückt werden.

Da der Schaft-Innendurchmesser bei den meisten Herstellern im Bereich von ±0,02mm variiert und die Spitzen und Inserts nur bei wenigen Europäischen Herstellern ausreichend eng toleriert sind kann der Klebespalt nicht mit ausreichender Genauigkeit vorhergesagt werden. Sehr gut sind daher geschuppte Klebeflächen, die eine Variation von Klebespaltdicken zur Verfügung stellen und damit diesen Mangel ausgleichen. Weder wird der Kleber beim Einschieben abgestreift, noch ist der Klebespalt zu groß. Je kleiner der Klebespalt, desto besser wird die Spitze im Schaft zentriert.

 

Fazit:

 

Alu-Schäfte

Carbon-Schäfte

Spitze

Möglichst spitzig -> Knautschzone

Möglichst schwer

Klebefläche

Möglichst groß, lang und an Spitze/Insert geschuppt

Kleber

2-K oder Heißkleber

Sekundenkleber-Gel

Für lösbare Verbindungen Heißkleber mit niedrigem Schmelzpunkt

Finger weg von 2-K

Allg.

·      Auf geeignetes Material schießen.

·      Treffen ;-)

·      Mit immer stärkeren Bögen und für Holzpfeile ist stark gepresstes Stroh ein No-Go

 

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