Schlauchboot Luftdruck: Wie viel Bar in ein Schlauchboot?

Der Schlauchstutzen der Luftpumpe wird also mehrmals abwechselnd von Kammerventil zu Kammerventil aufgesetzt und der Luftdruck minimal erhöht.

Dies erfolgt immer abwechselnd, bis alle 4 Kammern den korrekten Luftdruck von 0,3 bar nach Pumpenmanometer aufweisen.

Das abwechselnde Befüllen der einzelnen Luftkammern ist deshalb wichtig, damit die Trennwände der einzelnen Schlauchkammern nicht übermäßig strapaziert werden.

Nur durch korrektes Aufpumpen des Schlauchboots erfahren diese Trennwände einen beidseitigen Druckausgleich.

Hinweis: Zwischen den unterschiedlichen Pumpen gibt es teils große Unterschiede. Mit einigen Modellen dauert das Aufpumpen wesentlich länger (und ist auch anstrengender) als mit anderen.

Aus diesem Grund haben wir uns die besten Schlauchboot Luftpumpen angesehen und miteinander verglichen. Wer sich die Arbeit noch leichter machen möchte, kann sich auch Elektropumpen für Schlauchboote anschauen.

Beanspruchung der Trennwände beim Aufpumpen

Wenn die erste Druckluftkammer des Schlauchbootes aufgepumpt wird, wölben sich die beiden Trennwände, welche die Begrenzung für die 1. Kammer bilden, entgegen dem steigenden Innendruck nach außen auf.

Durch diese Wölbung entsteht an den Dichtnähten zu den äußeren Rundschläuchen eine scherende Beanspruchung, welche diesen Nähten stark zusetzt. Daher ist es unbedingt notwendig, dass die einzelnen Luftkammern der Reihe nacheinander stufenweise aufgepumpt werden.

Dadurch kommt es dann zu einem Druckausgleich beidseitig der Trennwand und deren Verformung gleicht sich wieder aus.

Ein paar Takte Physik

Jeder Körper, der sich auf dem Wasser oder unter Wasser bewegt, verursacht durch seine Masse, sein Volumen, sein Eigengewicht, eine gewisse Wasserverdrängung.

Durch diese Wasserverdrängung erfährt der Körper einen Auftrieb, er wird leichter. Der entstehende Auftrieb entspricht dabei genau dem Gewicht der verdrängten Wassermenge durch den schwimmenden Körper.

Tiefgang eines Schlauchbootes

Zwei Personen von je 80 kg Masse fahren in einem Schlauchboot mit einem Eigengewicht von 20 kg. Das Schlauchboot ist 2,50 m lang, 1,50 m breit und hat beidseitig je einen Schlauchdurchmesser von 40 cm.

Die gesamte Gewichtskraft der beiden Personen plus Schlauchboot ist dann:

F_ges. = (m₁ + m₂ + m₃) x g

F_ges. = (80 + 80 + 20) x 9,81

F_ges. = 1765,8 N

Das Schlauchboot mit den zwei Personen verdrängt eine Wassermenge mit einem Gewicht von 1765,8 N.

Allgemein ausgedrückt ergibt sich die Gewichtskraft der verdrängten Wassermenge:

F_Wasser = V_Wasser x ρ_Wasser x g

F_Wasser = A_Boot x h_Wasser x ρ_Wasser x g

Die Fläche des Schlauchbootes ergibt sich zu:

A_Boot = L x B

A_Boot = 2,50 x 1,50

A_Boot = 3,75 m²

Der Tiefgang des Schlauchbootes ist damit:

h_Wasser = ^F_Wasser / _{(ABoot x ρWasser x g)}

h_Wasser = ^1765,8 / _{(3,75 x 1000 x 9,81)}

h_Wasser = 0,048 m

h_Wasser = 4,8 cm

Das Schlauchboot mit den zwei Personen hat einen Tiefgang von 4,8 cm.

Erfassung der geometrischen Verformung des Schlauchbootes

Jeder Körper, auf den äußere Kräfte einwirken, verändert dadurch seine geometrische Gestalt. Dies trifft auch auf das schwimmende Schlauchboot zu, welches durch die beiden Insassen belastet wird.

Wir treffen die vereinfachende Annahme, dass das Gesamtgewicht der Bootsfahrer genau mittig auf das Schlauchboot wirkt. Wir nehmen weiter an, dass sich dieses Gesamtgewicht je zur Hälfte auf die beiden schlauchförmigen Seitenteile überträgt.

F_Bootsfahrer = (m₁ + m₂) x g x ¹/₂

F_Bootsfahrer = (80 + 80) x 9,81 x 0,5

F_Bootsfahrer = 784,8 N

Auswirkung Innendruck des aufgepumpten Schlauchbootes

Der Innendruck des aufgepumpten Schlauchbootes erzeugt an den Enden der beiden zylindrischen Seitenteile Längskräfte. Die Größe dieser Längskräfte wird wesentlich beeinflusst durch den herrschenden Innendruck und den Schlauchquerschnitten A der Seitenteile.

F_längs = p_innen x A_Seitenteil

F_längs = p_innen x D²_Schlauch x ^π / ₄

F_längs = 0,3 x 10 x 40² x ^π / ₄           (1 bar = 10 ^N / _cm²)

F_längs ≈ 3770 N

Die Längskräfte F_längs wirken an jedem Ende der beiden schlauchförmigen Seitenteile des Schlauchbootes. Diese Längskräfte stehen mit der Gewichtskraft der beiden Bootsinsassen im Gleichgewicht.

Um dieses Kräftegleichgewicht überhaupt erst möglich zu machen, kommt es zu einer geringen Durchbiegung der beiden Seitenteile und damit des gesamten Schlauchbootes.

Wegen der Durchbiegung der Seitenteile befinden sich die Längskräfte jedes Seitenteils nicht mehr auf gleicher Wirkungslinie, sondern stehen in einem Winkel α zueinander.

Der mathematische Zusammenhang zwischen dem Winkel α, den Längskräften F_längs und der halben Gewichtskraft der Bootsfahrer F_Bootsfahrer ist wie folgt:

sin(^α/₂) = ¹/₂ x F_Bootsfahrer / F_längs

sin(^α/₂) = ¹/₂ x 784,8 / 3770

sin(^α/₂) = 0,1040848

Der Winkel α ergibt sich dann zu:

α = 2 x arc sin(0,1040848) x 180/π          (180/π wegen Umrechnung Bogenmaß in Winkelgrade)

α ≈ 6°

Nehmen wir die Durchbiegung des Schlauchbootes als ideale Kreisform an, können wir noch den Radius r dieses Kreises berechnen.

Die Länge L des Schlauchbootes bildet dabei die Sehne eines zugehörigen Kreisabschnitts mit dem Radius r und dem Durchbiegungswinkel α. Der mathematische Zusammenhang zwischen der Länge L, dem Radius r und dem Durchbiegungswinkel α ist dabei wie folgt:

sin(^α/₂) = ¹/_r x ^L/₂

r = ¹/_sin(^α/2) x ^L/₂

r = ¹/_{sin(⁶/2 x ^π/180)} x ^2,50/₂          (π/180 wegen Umrechnung Winkelgrade in Bogenmaß)

r ≈ 24 m

Die beiden Insassen verursachen durch ihr Eigengewicht eine Durchbiegung des Schlauchbootes in Form eines idealisierten Kreises mit einem Biegeradius von ca. 24 m.

Berücksichtigung von Wärmeeinwirkung

Bei dem relativ geringen Innendruck von 0,3 bar wirkt sich natürlich auch jede Temperaturänderung des Schlauchbootes gravierend aus. Wenn sich das Schlauchboot beispielsweise durch längere Sonneneinstrahlung aufgeheizt hat und im warmen Zustand einen Innendruck von 0,3 bar aufzeigt, wird sich dieser Druck bei Benutzung im kühlen Wasser schnell wieder reduzieren.

Daher ist es in solchen Fällen dringend zu empfehlen, die Luftpumpe zur Fahrt im Schlauchboot mitzunehmen. Man kann dann jederzeit bei Bedarf den Druckabfall durch Nachpumpen korrigieren. Das Manometer an der Luftpumpe ist dabei unverzichtbar.

Wenn das Schlauchboot bei Fahrt im kühlen Wasser den richtigen Innendruck hat und an Land gezogen wird, so ist unbedingt die Erwärmung durch Sonneneinstrahlung zu berücksichtigen.

Zumindest sollte man dann die Luft teilweise ablassen, um der Gefahr einer Beschädigung entgegenzuwirken, welche durch Überhitzen mit der Folge eines unzulässigen Überdruckes entstehen kann.

Berücksichtigung von größeren Höhenunterschieden

Je größer die Höhe über dem Meeresspiegel, desto geringer wird der atmosphärische Luftdruck. Daher sollte man am besten das Schlauchboot immer erst an Ort und Stelle auf den richtigen Druck aufpumpen. Will man sich jedoch das wiederholte Aufpumpen ersparen, sollte man zumindest vor Inbetriebnahme des Schlauchbootes den Innendruck noch einmal nachprüfen und bei Bedarf nachkorrigieren.

In größeren Höhenlagen wirkt auf das Schlauchboot ein geringerer Atmosphärendruck auf dessen Außenhaut. Wird das Boot in Meereshöhe auf den richtigen Druck aufgepumpt, muss in größerer Höhe etwas Luft abgelassen werden.

Umgekehrt muss man, wenn das Boot in größerer Höhe den richtigen Druck hat, auf Höhe des Meeresspiegels etwas nachpumpen.

Fazit

Der empfohlene Innendruck der einzelnen Luftkammern des Schlauchbootes von 0,25 – 0,30 bar erscheint zunächst als sehr gering. Es zeigt sich jedoch bei näherer Untersuchung der physikalischen Gegebenheiten, dass dieser Innendruck völlig ausreichend ist.

Zwei erwachsene Personen können in so einem kleinen Schlauchboot sicher über so manchen See fahren. Dabei erreicht das Boot einen geringen Tiefgang von nur knapp 5 cm.

Auch die geringe Verformung des Schlauchbootes durch die beiden Bootsfahrer zeigt, dass bereits 0,30 bar Innendruck dem Boot eine ausreichende Stabilität verleihen.

Bei dem geringen Innendruck von 0,3 bar kann natürlich auch jede kleine Änderung der äußeren Randbedingungen zu einer gravierenden Druckänderung führen.

Die häufigsten Veränderungen, die immer wieder mal vorkommen können, sind durch Temperaturunterschiede und größere Höhendifferenzen möglich. Daher ist bei derartigen Änderungen besondere Vorsicht geboten.

Das Befüllen der einzelnen Druckluftkammern des Schlauchbootes sollte unbedingt stufenweise erfolgen. Dabei wird der Anschlussschlauch der Luftpumpe immer wechselseitig an jedes einzelne Anschlussventil aufgesetzt und so der Innendruck jeder Kammer stufenweise erhöht.

Nur so kann verhindert werden, dass die Dichtnähte der Trennwände für die einzelnen Druckluftkammern unnötig hohen Scherbelastungen ausgesetzt sind.