Überlegungen zur Saphirglasdicke der Deepsea

[u.mac]

Astreine Berechnung

Original von Sub-Date
2. Muss eine Uhr, wenn sie wirklich für die angegebene Tiefe geeignet sein soll, diesen Druck nicht nur statisch aushalten, sondern muss auch zusätzlich noch dynamische Lasten durch Bewegung aushalten.

Wie hoch dürfte die von uns Kohlenstoffeinheiten ausgehende dynamische Last in 3900m wohl sein

Welche Last ergibt sich aus trudelndem sinken?

[Muigaulwurf]

Ich nehm mal an, dass die einberechnete Sicherheit die dynamischen Lasten aufnehmen könnte.

[oyster]

Hallo Matthias,

tolle Rechnung


In der Rolex Pressekonferenz vom 05.April haben sie uns einen Wert von 5,5 mm angegeben.
Die alte SD hatte "nur" 3 mm.





*** editiert ***

Bitte grundsätzlich nicht immer ganze Beiträge quoten

*** editiert ***

[Robin_NL]

Habe Ich auch im Hauptforum gefragt:Wie DICK ist der neue Dipsy eigentlich?

[newharry]

Original von oyster
In der Rolex Pressekonferenz vom 05.April haben sie uns einen Wert von 5,5 mm angegeben.
Die alte SD hatte "nur" 3 mm.

Vielen Dank für die Bestätigung - Presseakkreditierung sei Dank

[newharry]

Original von Robin_NL
Habe Ich auch im Hauptforum gefragt:Wie DICK ist der neue Dipsy eigentlich?

Gibt es schon eine offizielle Angabe? Sonst hatten wir die Diskusion hier: Bauhöhe der Dipsi (Deep Sea)?

[Prof. Rolex]

Oha, ein so großes Interesse an diesem doch sehr theoretischen Thema habe ich nicht erwartet, komme aber leider erst heute dazu, die „Saphirglasberechnung“ noch einmal aufzugreifen.

Wie von mir bereits kurz erwähnt und in einigen Antworten auch genauer ausgeführt wurde, ist die Überschlagsberechung der Saphirglasdicke von bestimmten Annahmen (planes Glas, feste Einspannung an den Rändern, Sicherheitsfaktor 1,2, Bruchspannung 400 N/mm2) abhängig und die absolut berechneten Werte (4,0 und 7,5mm) können daher von den tatsächlichen Werten abweichen.

Wird allerdings nur das Verhältnis der Saphirglasdicken zueinander betrachtet, so eliminieren sich die Annahmen Sicherheitsfaktor, Bruchspannung und auch die Auflagebedingungen, wenn für beide Gläser gleiche Eigenschaften gelten. Das Dickenverhältnis ist dann für plane (!) Gläser nur noch von dem jeweiligen Wasserdruck, sowie den jeweiligen Glasdurchmessern abhängig und ergibt sich mit:

Dickenverhältnis= Durchmesserverhältnis multipliziert mit der Wurzel aus dem Druckverhältnis

Also gilt für das Dickenverhältnis Deepsea/bisherige Sea-Dweller:

(31,5/29,5) x Wurzel aus (391/123) = 1,90

Ein planes (!) Glas der Deepsea müßte also mindestens die 1,9-fache Dicke des Sea-Dweller-Glases aufweisen, um dem Wasserdruck in 3900 m mit gleicher Sicherheit, gleichen Auflagerbedingungen und gleichen Materialeigenschaften standzuhalten.

Nun ist das Glas der Deepsea aber gewölbt und nicht plan. Die obigen Berechnungen nach der „Plattentheorie“ müssen dann durch Berechnungen des Deepsea-Glases nach der ungleich komplexeren „Schalentheorie“ ersetzt werden. Dies würde hier aber definitiv zu weit führen und vermutlich auch nur unter Zuhilfenahme eines FEM-Programmes (FEM=Finite-Elemente-Methode) zu brauchbaren Ergebnissen führen.

Da aber nun bereits der Wert für die Saphirglasdicke der Deepsea mit 5,5 mm bekannt ist, kann eine Abschätzung des Minderungsfaktors durch die gewölbte Form des Deepsea-Glases erfolgen.

Seltsamerweise haben Recherchen nach der Glasdicke der Sea-Dweller drei (!) unterschiedliche Werte zutage gefördert: 3,0, 3,8 und 4,0 mm. Bei einem Dickenverhältnis für plane Gläser von 1,9 müsste ein planes Saphriglas der Deepsea also mindestens 5,7, 7,2 bzw. 7,5 mm dick sein. Die tatsächliche Dicke beträgt 5,5 mm.

Der Minderungsfaktor für die gewölbte Form des Deepsea-Glases wäre dann bei einer Saphirglasdicke der Sea-Dweller von:

3,0 mm => 5,5/5,7 = 0,96
3,8 mm => 5,5/7,2 = 0,76
4,0 mm => 5,5/7,5 = 0,73

Einen Minderungsfaktor von lediglich 0,96 für die Wölbung halte ich persönlich für unwahrscheinlich, da dann die Mehrkosten für ein gewölbtes Glas und die Dickenreduktion von nur 0,2 mm gegenüber einem planen Glas in keinem Verhältnis zum erzielten Effekt stehen würden. Entweder ist das Glas der Deepsea doch etwas dünner als 5,5 mm oder die Glasdicke der Sea-Dweller liegt irgendwo zwischen 3,5 und 4,0 mm, denn nur dann würde sich ein signifikanter Effekt der Glaswölbung bei der Deepsea ergeben.

Gruß
Matthias

[oyster]

Wow Matthias,
Mathe war mir immer schon suspekt. Aber jetzt erst recht!

Wie gesagt, ich ziehe meinen Hut (wenn ich einen hätte) vor Deinen Mathe Fähigkeiten.

Zu der Theorie, das das Glas auch dünner hätte ausfallen können, muß man wohl den eingebauten Sicherheitsfaktor angeben. Wenn Rolex von 3900m spricht, so ist das wohl als garantiertes Minimum zu verstehen. Die UHR hat also noch Sicherheitsreserven. Rolex sagte das sie die Uhr auch für 1h auf 5000 m (also genau sollen es 3900m + 25% gewesen sein, sprich 4875m) getestet haben.
Ohne Probleme!
Sie haben sich eigens für die SDDS eine Messaperatur bauen lassen um dies zu testen, es sei einzigartig in der Uhrenbranche. Sie haben wohl vergessen, das Sinn schon vor längerer Zeit ein Gerät bis 120 bar gebaut hat.

Die Tests werden ja auch immer nur auf 1 h begrenzt, das heißt, 1h / 5000m, bei 5 h kann die Uhr also trotzdem implodieren. Mich würde also interessieren, in welcher Tiefe könnte die SDDS ein Jahr liegen, ohne zerstört zu werden???????????????

Wenn ich sie auf einem Tauchgang zur Titanic vergessen würde, wäre sie dann nach einem Jahr immer noch NOS !?
Vielleicht hast Du ja eine Antwort darauf


P.S. eine Ocean war bis 2000m dicht und hatte eine Glasdicke von 3mm am Rand und 3,4 in der Mitte

[OrangeHand]

Super Sache, das mit der Berechnung.

Ich steh auf das Ingenieurtechnische in Bezug auf Rolex. Im Beklanntenkreis werde ich dafür als Spinner abgetan. Maschbauer halt...

Eine Frage hätte ich:

Original von Prof. Rolex
...
Nun folgt eine stark vereinfachte Berechnung der maximalen Spannung im Saphirglas.

Vereinfachende Annahme: Bei dem Saphirglas handelt es sich um eine mit einer gleichmäßigen Flächenlast belastete plane Kreisplatte, die am Rand eingespannt ist. Für diesen Fall ergibt sich die größte Spannung in der Plattenmitte überschlägig nach folgender Formel:

Sigma = 0,488 x p x d hoch 2 / h hoch 2

p = Wasserdruck = 39.100.000 Pa = 39,1 N/mm²
d = Saphirglasdurchmesser = 31,5 mm
h = Dicke des Saphirglases = gesucht
...

Warum setzt Du bei der Berechnung der Spannung den Durchmesser von 31,5 mm an?. Das Glas stützt sich am Ring des Ring-Locks ab, und hat bis zum inneren Rand dieses Rings einen Durchmesser von nur 28 mm (siehe Deine Foto). Ich hätte gedacht, dass in Sigma nur der "frei schwebende" Durchmesser berücksichtigt werden muss. Würde mich über Deine Meinung freuen.

[oyster]

Sinn hat die U2 sogar "nur" 15 Minuten auf 25% mehr Druck getestet (2500m).
Also scheint die Zeit bei den Drücken eine entscheidende Rolle zu spielen.

[Prof. Rolex]

Original von OrangeHand
Warum setzt Du bei der Berechnung der Spannung den Durchmesser von 31,5 mm an?. Das Glas stützt sich am Ring des Ring-Locks ab, und hat bis zum inneren Rand dieses Rings einen Durchmesser von nur 28 mm (siehe Deine Foto). Ich hätte gedacht, dass in Sigma nur der "frei schwebende" Durchmesser berücksichtigt werden muss. Würde mich über Deine Meinung freuen.

Hi Frank,
im Rahmen der Überschlagsberechnung habe ich mich für die “sichere Seite” entschieden, da die Ringfläche des „Ring-Locks“ nicht als beidseitige Einspannung des Glases im Sinne der Berechnung verstanden werden kann. Das Glas liegt zwar unten fest auf, ist aber oberhalb des „Ring-Locks“ nicht fest eingespannt. Da es für die vorliegende flächige Auflagerung auf einem Ring aber keine einfach zu berechnende Lösung gibt, habe ich aus Einfachheitsgründen eine Berechnungsannahme auf der „sicheren Seite“ getroffen.

Gruß
Matthias

[OrangeHand]

Das ist sinnvoll.

Leider führt jede Annahme, jeder Sicherheitsfaktor bei diesem hohen Druck, und dem Kleinen Durchmesser zu einem starken Anstieg der Glasdicke. Nahe an der Realität liegende Berechnungen sind eben nur mit FEM möglich.

[Edmundo]

Geil. Das macht richtig Spass zu lesen als Ingenieur. DANKE!

Interessant vielleicht noch, dass sich die Krafteinleitung durch die gebogene Form bis zu den Auflagern hin ausbreitet (Druckbogen). Das selbe Prinzip, wie er auch bei Steinbrücken genutzt wird bzw. invertiert bei einer Hängebrücke. So wird das Glas auschließlich einer Druckbelastung ausgesetzt, keiner Zugbelastung/Biegung. Ergo hält es.

[hadi]

Kann zwar nichts zum Thema beitragen (nicht meine Materie ), aber was ihr hier so an Wissen verbreitet und für uns zugänglich macht ist sensationell - Tech-Talk at it's best

[Subdate300]

Original von elmar2001
Geil. Das macht richtig Spass zu lesen als Ingenieur. DANKE!

Interessant vielleicht noch, dass sich die Krafteinleitung durch die gebogene Form bis zu den Auflagern hin ausbreitet (Druckbogen). Das selbe Prinzip, wie er auch bei Steinbrücken genutzt wird bzw. invertiert bei einer Hängebrücke. So wird das Glas auschließlich einer Druckbelastung ausgesetzt, keiner Zugbelastung/Biegung. Ergo hält es.

Volle Zustimmung, sowas kann eigentlich auch nur einem Ing einfallen zu berechnen. Oder wenigsten Näherungen anzustellen.
Sehr, sehr geil. Danke Prof. Rolex! Bist ein Kollege? Muss fast so sein