Überlegungen zu einem Bogen mit Pfeilen < 7gr per lb

[tomtux]

ich arbeite seit jahren an schnellen bögen.
die sehnen- und pfeilmasse ist gleich, aber die bögen werden schneller. auch durch den chrono.

wurfarmmasse und massenverteilung spielt eine rolle, rechnerisch wie praktisch.

[skerm]

Dazu fällt mir noch ein Experiment ein, das ich leider nicht durchführen kann da ich keinen Chroni hab:
Man nehme sich einen beliebigen Bogen und schieße einen passenden Pfeil durch den Chrony. Dann beschwere man die Tips mit einem definierten Gewicht (symmetrisch sowohl unten als auch oben) und schieße den Pfeil wieder durch den Chrony und notiere die Geschwindigkeit. Dann Erhöhe man das Gewicht weiter.
Ich bin fest überzeugt, das es keine statistisch sicher messbaren Auswirkungen auf die Geschwindigkeit des Pfeiles hat, wie viel Gewicht man an die Wurfarme anbringt. Ausnahme: Man hängt oben und unten jeweils ein paar Kilogramm an. Aber 10, 20 oder 50g zusätzlich werden meiner Meinung nach keinen sicher Messbaren unterschied machen.

Gleich mal vorweg, ich hab hier nicht aufmerksam mitgelesen und enthalte mich deshalb was das fachliche angeht. Ich möchte nur kurz beitragen, dass das schon gemacht wurde: http://www.bio.vu.nl/thb/users/kooi/thesis.pdf Seite 79.

Spannende Sache, ich hätte mir das anders erwartet. Ich werd wahrscheinlich trotzdem die Tips schlank halten.

Gruß,
Daniel

[Wilfrid (✝)]

ich habe denn mal ein bisschen gemalt:

Wie man sieht, ist der Weg der Tips deutlich kleiner als der des Pfeils, damit auch die Geschwindigkeit .
Zur Untersuchung oben:
verdoppele ich das Pfeilgewicht, halbiert sich die Geschwindigkeit.
Hänge ich das selbe Gewicht an die schweren WA, ändert sich deren Geschwindigkeit kaum. Ein Pfeil wiegt üblicherweise um die 30-40 g, ein Bogen um die 500g ! Wobei hier die "Drehmasse" der WA interessant ist.

Und je geringer die ist, je weniger Energie wird benötigt, sie zu beschleunigen.

[Galighenna]

Vielen Dank für den Link skerm Ich lese das gerade, obwohl auf englisch schwer zu verstehen.
Auf Seite 79 kann man tatsächlich nachvollziehen, das die Masse an den Tips nur eine sehr geringe Auswirkung auf die Pfeilgeschwindigkeit und damit auf den Wirkungsgrad hat.

[Mike W.]

@Mike
Danke für die Fotos. So wie auf den ersten beiden Fotos stelle ich mir die Wurfarme in etwa vor. Ich dachte allerdings das man wegen dem Glas den Wurfarm deutlich flacher bauen kann. Hast Du auch ein Bild vom Tiller / Auszug?

Um bei dem ersten Bogen die Enden steif zu bekommen und gleichzeitig den Handschock durch Gewichtsreduzierung möglichst zu unterbinden, muß man in der Dicke etwas zugeben. Hätte aber evtl. etwas weniger gereicht.
Das Auszugsbild gibts Morgen, wenn du willst auch die Maße.

Gruß Mike

[Frankster]

Hmm es ist interessant, aber auch ein bisschen schade, das jetzt wieder über Dämpfung und Wurfarm-Masse gesprochen wird. Scheinbar haben meine Überlegungen nicht überzeugt.

Sagen wir mal so, ich kanns derzeit nicht ganz alle Zusammenhänge einschätzen. In einigen Punkten hast Du mich überzeugt. Mit der Dämpfung sind wir uns glaube ich auch einig das die beschleunigte Sehne dem Bogen nach dem Verlassens des Pfeils Energie zuführt und die WA's zum Schwingen bringt - hier braucht es die Dämpfung.

Dazu fällt mir noch ein Experiment...
Ich bin fest überzeugt, das es keine statistisch sicher messbaren Auswirkungen auf die Geschwindigkeit des Pfeiles hat, wie viel Gewicht man an die Wurfarme anbringt. Ausnahme: Man hängt oben und unten jeweils ein paar Kilogramm an. Aber 10, 20 oder 50g zusätzlich werden meiner Meinung nach keinen sicher Messbaren unterschied machen.

Wenn in einem Bogen z.b. 50 kJ gespeichert sind und eine Hilfmasse soll beschleunigt werden so hat das natürlich Auswirkungen auf die Zeit. Die Wirkung von 10g etc. ist allerdings wohl nicht sehr groß da sich sich zur Scheinmasse der Wurfarme addiert.

Die innere Reibung der Wurfarme muss reduziert werden. Überlegungen dazu fallen mir am schwersten. Man müsste analysieren wie man die innere Reibung durch das Design des Bogens beeinflussen kann. Tomtux hatte weiter vor schonmal eine Seite mit vielen technischen Details zur Bogenphysik gepostet. Ich hatte noch keine Zeit das durch zu arbeiten. Aber es ist gut möglich das man dort etwas findet, mit dem man arbeiten kann.
An dieser Stelle wird vermutlich herauskommen, das bestimmte Designs optimal sind, diese jedoch einen negativen Einfluss auf die anderen Parameter haben, so das man einen Kompromiss finden muss, einen sweet Spot.

Von allem was ich bislang gelesen habe, liegt die Reibung an Faktor Holz. Unterschiedliche Design / unterschiedliche Holzdichte etc... alles läuft bei gut gebauten Holzbögen auf einen ca. 80%tigen Wirkungsgrad hinaus. Lange Bögen gelten statistisch gesehen als 'flotter' gegenüber den Kurzen. Was aber auch bedeuten kann das lange leichter zu fertigen sind...

Worüber wir bislang kaum diskutiert haben ist die Länge des Bogens, Griffbereich und der Wurfarme. Ein 50 lbs Bogen, auf 140cm gebaut mit biegendem Griff, hätte sagen wir 40 lbs wenn man den Bogen zersägt und ein 40cm Griffstück einsetzt. Warum? Weil durch den anderen Sehnenwinkel eine andere Übersetzung stattfindet. Für den gleichen Auszug werden im 2. Fall die WA's weniger ausgelenkt. Dies bedeutet theoretisch das der verlängerte Bogen eine höhere Leerschussgeschwindigkeit hat. Praktisch müssen die Wurfarme aber stärker und somit schwerer gebaut sein damit der Bogen auch mit dem 40cm Griffstück auf 50 lbs kommen würde... Doch hier denke ich ist man mit dem Eifelturmdesign auf dem richtigen Weg. Achja, bei einem längeren Bogen hat man natürlich auch entsprechend mehr Sehnenmasse und genau die wollten wir ja reduzieren.
Ich denke man muss hier den richtigen Kompromiss finden. Bzw. es wäre einfach mal interessant zu wissen wie hoch die Leerschussgeschwindigkeit ist. Ist diese hoch genug baut man den Bogen einfach so kurz wie möglich um Sehnenmasse zu sparen.


Tomtux hat erwähnt das ein hohes Wurfarmprofil bessere Dämpungseigenschaften besitzt.

[Galighenna]

Worüber wir bislang kaum diskutiert haben ist die Länge des Bogens, Griffbereich und der Wurfarme. Ein 50 lbs Bogen, auf 140cm gebaut mit biegendem Griff, hätte sagen wir 40 lbs wenn man den Bogen zersägt und ein 40cm Griffstück einsetzt. Warum? Weil durch den anderen Sehnenwinkel eine andere Übersetzung stattfindet.

Hmm Ja... anders ausgedrückt: Die Änderung des Sehnenwinkels ist eine andere und die Zugkraft hängt eben vom Zusammenspiel der Auslenkung der Wurfarme und dem Winkel der Sehne am Nockpunkt ab.

Für den gleichen Auszug werden im 2. Fall die WA's weniger ausgelenkt. Dies bedeutet theoretisch das der verlängerte Bogen eine höhere Leerschussgeschwindigkeit hat.

Nein hat er nicht, weil die Sehne schwerer ist

Praktisch müssen die Wurfarme aber stärker und somit schwerer gebaut sein damit der Bogen auch mit dem 40cm Griffstück auf 50 lbs kommen würde...

Was wiederum trotzdem nur wenig Einfluss auf die Wurfgeschwindigkeit des Bogens hat.


Alles in Allem würde ich sagen, das Zusammenspiel von Biegeradius (Verformungsarbeit/Hysterese), Auszug, Bogenlänge und der Menge des an der Biegung beteiligten Materials sind die Schlüsselfaktoren für die Verluste die in den Wurfarmen auftreten.
Ich denke, je stärker ein Holz komprimiert wird, desto weniger elastisch ist die Kompression. Dies erhöht Verluste. Es kriecht, und je stärker die Last ist, desto größ0er ist die Kriechgeschwindigkeit. Die Wurfarme müssten demnach länger werden.
Längere Bögen sind schwächer, so das die Dicke und/oder die Breite zunehmen muss. Dadurch ist wiederum mehr Material an der Biegung beteilig so das sich andere Effekte Verstärken dürften, wie z.B. Reibung der Holzfasern aneinander, und das Sehnengewicht wird erhöht.
Ich meine mich erinnern zu können, das der Rabe mal sagte, Bögen mit einer Länge von etwa 170cm sind am leistungsfähigsten. (wenn man mal das Langbogendesign betrachtet)
Gut Möglich das bei dieser Länge ein mehr oder weniger optimaler Kompromiss zwischen den verschiedenen Faktoren vorliegt.
Wie ich mir bereits gedacht habe sieht es tatsächlich so aus als wirken wiedermal viele Faktoren gegensinnig...

Das PDF ist wirklich schwere Kost. Ich hab keine Materialwissenschaften studiert und verstehe nichtmal die Hälfte von dem was der Mensch da berechnet. Ganz besonders weil alles auf Englisch ist.
An manchen Kurven und an manchen Erläuterungen lässt sich aber dennoch erkennen das meine "Theorie" ganz gut passt. Es wird z.B. gezeigt das das Gewicht der Tips tatsächlich sehr sehr wenig Einfluss auf die Geschwindigkeit des Pfeils hat, genau wie ich es vorhergesagt habe.
Ausserdem wird an einigen Stellen wiederholt bestätigt das das Gewicht der Sehne einer der wichtigsten Faktoren für einen schnellen Bogen ist. Ebenfalls eine Bestätigung...
Ich denke der werte Herr hat ähnliche Betrachtungen angestellt wie ich, nur eben sehr sehr sehr viel genauer und mit tatsächlichen WA-Geometrien, Materialwerten und viel exakteren mathematischen Modellen, die eben auch die Eigenheiten der Wurfarme berücksichtigen. Er kommt aber dennoch an einigen Stellen zu sehr ähnlichen Ergebnissen.

[Frankster]

Das Dokument ist wirklich schwere Kost. Ich hab noch eine Tabelle über minimale Pfeilgewichte gefunden für Compounds und Recurves so als Anhaltspunkt:


Demnach können bei Recurves und Compounds Pfeilgewichte < 4gpp eingesetzt werden.

Was mir sehr gut gefallen hat, war der Ansatz der Europe Bowhunters Bogendesigns über Finite Elemente zu verifizieren. Damit könnte man sehr viel in Simulation herausfinden. Ich denke wir sind langsam an einem Punkt angekommen an dem es Sinn machen kann mit Prototypen zu experimentieren.

[kra]

@Don_Quichotte
I... Die Holzdichte beeinflusst das Design, und das ist am Wichtigsten.

Nicht unbedingt die Holzdichte sondern die (Druck-)Festigkeit und (Zug)-Festigkeit bestimmt die grenzen des Designs. Und wenn auch Osage etwas schwerer sein mag ist es doch erste Wahl für dauerhafte schnelle Bögen.

Zur Frage Höhe vs. Breite: das hohe WA-Profil bietet 2 entscheidende Vorteile (gerade in deinem Sinn):
1. Je dicker desto mehr Druck/Zug-Spannung baut sich auf --> für dieselbe Energiespeicherung ist weniger Holz nötig --> WA wird leichter --> wodurch bei gleichem Holz die Rückstellgeschwindigkeit höher wird --> höhere Pfeilgeschwindigkeit
2. damit einhergehend: dolppelte Breite ist doppelte Zugkraft, doppelte Dicke ist 8-fache Zugkraft... --> wodurch Gewicht im WA gespart wird --> wodurch bei gleichem Holz die Rückstellgeschwindigkeit höher wird --> s.o.

Von daher - wenns schnell sein soll lieber das "bessere" Holz, auch wenn es etwas schwerer sein sollte. Es ermöglicht einfach ein ergiebigeres Design.

Zur Tabelle unten - die ist nicht unbedingt zielführend, da es hier um Bögen aus organischen Materialien gehen soll. Schau besser auf Atarn die Tabelle von Karpowitz (zur Effizient türkischer Bögen) mit den Pfeilgeschwindigkeiten der Kompositbögen bei verschiedenen Pfeilen an:
Bsp: 105,5# mit 203 grain schwerem Pfeil (345 fps), 125# mit 227 grain (334 fps) usw...

[don_quichotte]

Irgendwie habe ich den Eindruck, inzwischen soll nur noch ein sehr schneller (Flight-)Bogen und nur zweitrangig ein haltbarer Alltagsbogen entwickelt werden Die Diskussion dreht sich zumindest nur noch um Geschwindigkeit.

[Anasazi]

Noch zur Info der schweren Kost: Kooi ist Mathematiker und er arbeitet in der Regel mit theoretischen Modellen....

[Wilfrid (✝)]

naja, leichte Pfeile verlangen eben einen schnellen Bogen , oder so
Untersuchungen , auch hier im Forum vor ein paar Jahren, haben gezeigt, das ein schneller Bogen leichte Pfeile weiter wirft als ein langsamer, und zwar deutlich weiter !! Bei schweren Pfeilen war der Unterschied zwischen nem spritzigen und nem Lahmen nicht soo groß. Der Bogen mit gewichteten Tips warf leichte wie schwere Pfeile gleich schlecht, der mit leichten Tips konnte seinen Vorteil erst bei leichten bis sehr leichten Pfeilen ausspielen.
Und je leichter die WA, so sind wohl die bisherigen, nicht dokumentierten Erfahrungen, je eher verkraftet ein Bogen auch leichte Pfeile.

[Frankster]

Die Diskussion dreht sich zumindest nur noch um Geschwindigkeit.

Nun, wir haben herausgefunden (Danke an Gali) das um einen Bogen für leichte Pfeile haltbar zu Bekommen der Wirkungsgrad in Kombination mit den leichten Pfeilen stimmen muss. Normalerweise verschlechtert sich der Wirkungsgrad rapide in diesem Fall, der Pfeil wird zwar schneller, aber es verbleibt aber umso mehr Energie im Bogen. Es geht primär um den Wirkungsgrad, die höhere Pfeilgeschwindigkeit ist dabei ein schöner Nebeneffekt.

[Frankster]

Zur Frage Höhe vs. Breite: das hohe WA-Profil bietet 2 entscheidende Vorteile (gerade in deinem Sinn):
1. Je dicker desto mehr Druck/Zug-Spannung baut sich auf --> für dieselbe Energiespeicherung ist weniger Holz nötig --> WA wird leichter --> wodurch bei gleichem Holz die Rückstellgeschwindigkeit höher wird --> höhere Pfeilgeschwindigkeit
2. damit einhergehend: dolppelte Breite ist doppelte Zugkraft, doppelte Dicke ist 8-fache Zugkraft... --> wodurch Gewicht im WA gespart wird --> wodurch bei gleichem Holz die Rückstellgeschwindigkeit höher wird --> s.o.

Von daher - wenns schnell sein soll lieber das "bessere" Holz, auch wenn es etwas schwerer sein sollte. Es ermöglicht einfach ein ergiebigeres Design.

Baut man den WA zu hoch ergibt sich Set mit der Zeit und die Leistung lässt nach. Ich bin wirklich mit der Zeit überzeugt vom Bogen Masse Prinzip. Osage bietet eine schnelle Rückstellgeschwindigkeit - z.B. schneller als Eibe soll es sein. Aber man kann im Prinzip auch mit vielen hellen Hölzern Bögen bauen die ähnlich gut funktionieren wie ich schon geschrieben habe.

Danke für den Hinweis zu den türkischen Bögen. Hier ist noch der Link dazu:
http://www.atarn.org/islamic/akarpowicz ... _tests.htm

Kann ich eigentlich bei einem Bogen wenn ich die Weite, das Pfeilgewicht und das Zuggewicht kenne auch in etwa die Pfeilgeschwindigkeit bestimmen?

[tomtux]

verdoppele ich das Pfeilgewicht, halbiert sich die Geschwindigkeit.

nein, das ist eine quadratische gleichung.
in erster näherung, ohne änderungen des wirkungsgrades zu beachten, wird die geschwindigkeit also um einen faktor quadratwurzel 2 abnehmen.