Builders Blog   ARGO   #103

25.03.2023

Bau der Rahmen — Building Frames

Ein genauer Aufriss ist beim Bau der Rahmen essentiell, damit alles symmetrisch ist, und häufiges Messen von Abständen und Diagonalen ist unbedingt erforderlich.
Die Teile wurden vorab trocken zusammengefügt und die Schraubenlöcher entsprechend vorgebohrt und die Köpfe vorgesenkt.

Die Massivholzrahmen wurden zusammengefügt und mit Epoxidharz verklebt. Die aussteifenden Sperrholzteile an den Ecken habe ich neben dem Verkleben auch, wie laut Klassenregeln gefordert, verschraubt. Zur Verwendung kamen Edelstahlschrauben aus V4A, die dauerhaft in der Verbindung bleiben, und deren Köpfe anschließend zugespachtelt werden.

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An accurate elevation is essential when building the frames so that everything is symmetrical, and frequent measuring of distances and diagonals is absolutely necessary.

The parts were dry assembled in advance and the screw holes pre-drilled accordingly and the heads pre-sunk.

The solid wood frames were joined together and glued with epoxy. In addition to gluing the stiffening plywood parts at the corners, I also screwed them together as required by the class rules. Stainless steel screws made of V4A were used, which remain permanently in the joint and whose heads are then filled.

An jeder Verbindung wurden zwei Schrauben pro Rahmenteil verwendet, damit die Schrauben nicht nur drin sind, sondern auch eine echte aussteifende Wirkung der Verbindung haben. Zudem wurden diese nicht in die Längsachse der Massivholzteile gesetzt, damit sie sich nicht in derselben Holzfaser befinden, sondern versetzt, um eine höhere Stabilität zu erreichen.

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Two screws per frame section were used at each joint so that the screws are not only in but also have a real stiffening effect of the joint. In addition, these were not placed in the longitudinal axis of the solid wood parts so that they are not in the same wood grain, but offset to achieve greater stability.

Letzteres führt jedoch dazu, dass sich die Schrauben teilweise weit außen am Rahmen befinden und vor allem bei Rahmen E im Weg sein können, da dieser durch die Verjüngung zum Bug hin sehr stark angeschrägt werden muss. 
Damit dies später beim Hobeln nicht zu Problemen führt, wurden hier die Schrauben an der Außenkante wieder entfernt, die Löcher nachträglich aufgebohrt und ein Mahagonidübel mit Epoxidharz eingeklebt. 
Somit ist eine durchgehende konstruktive Verbindung gegeben.

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However, the latter leads to the fact that the screws are sometimes far on the outside of the frame and can be in the way, especially with frame E, as it has to be bevelled very strongly due to the taper towards the bow.

So that this does not lead to problems later when planing, the screws were removed from the outer edge, the holes were subsequently drilled out and a mahogany trunnel was glued in with epoxy resin.
This provides a continuous structural connection.

Die Verklebung erfolgte mit Epoxidharz, das mit Baumwollfasern „bewehrt“ wurde und dessen Viskosität mit einem speziellen Thixotropiermittel so eingestellt wurde, dass es nicht von alleine aus der Verbindung herausläuft, sondern schön an den Klebeflächen haftet.
Die Klebeflächen wurden dann vor dem Zusammenfügen alle vorgestrichen, damit das Harz in die Materialien einziehen kann. Das Sperrholz, aber stellenweise auch das Massivholz, vor allem an den Stirnseiten, neigt dazu, viel Harz aufzunehmen, Damit hier eine gute Verklebung stattfindet, muss man dem Material ein wenig Zeit zum Aufsaugen geben und dann ggf. nochmals Harz auftragen.

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The bonding was done with epoxy resin that was “reinforced” with cotton fibres and whose viscosity was adjusted with a special thixotropic agent so that it does not run out of the joint on its own, but adheres nicely to the bonding surfaces.

The gluing surfaces were then all pre-painted before joining so that the resin could soak into the materials. The plywood, but also the solid wood in places, especially at the ends, tends to absorb a lot of resin, so to ensure a good bond here you have to give the material a little time to soak up, and then apply more resin if necessary.

Bei dem von mir verwendeten Harz-System vom R-G (Harz-L mit den vom Germanischen Lloyd zertifizierten Härtern GL-1 und GL2) war das Einstellen der Verarbeitungszeit völlig unproblematisch, da das Mischungsverhältnis von Harz zu Härter immer 100:30 Gewichtsanteile beträgt. Somit konnte ich die Härter beliebig untereinander mischen und mir eine Verarbeitungszeit von 30min  bis 210min bei 20°c und 100g Harzmenge einstellen (Bei größeren Harzmengen läuft die exotherme Reaktion auch in Abhängigkeit von der Behältergeometrie u.U. schneller ab). Dabei ist lediglich die unterschiedliche Viskosität der Härter zu beachten, so dass je nach Anteil der Härter mehr Baumwollfasern und/oder Thixotropiermittel verwendet werden müssen, um die selbe Konsistenz des fertigen Gemisches zu erhalten.

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With the resin system I used from R-G (resin-L with the GL-1 and GL2 hardeners certified by Germanischer Lloyd), setting the processing time was completely unproblematic, as the mixing ratio of resin to hardener is always 100:30 parts by weight. So I could mix the hardeners as I liked and set a processing time of 30min to 210min at 20°c and 100g resin quantity (with larger resin quantities the exothermic reaction may run faster depending on the container geometry). The only thing to keep in mind is the different viscosity of the hardeners, so that depending on the proportion of hardeners, more cotton fibres and/or thixotropic agents have to be used to get the same consistency of the finished mixture.

Bei der Verklebung selber wurden die Teile dann mit Pflastersteinen und Zwingen gegen Verrutschen gesichert und beschwert. An den Verbindungsstellen wurden die Sperrholzteile mit in Epoxidharz getauchten Schrauben aufgeschraubt.
Ein hoher Anpressdruck und damit einhergehendes Herauspressen des Harzes aus der Verbindung  ist bei der Verwendung von Epoxidharz im Gegensatz zu z.B. Verklebungen mit Weißleim nicht erforderlich. Wichtig ist vielmehr, dass die Fuge vollflächig mit Harz gefüllt ist und keine Hohlräume entstehen.

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During the gluing itself, the parts were then secured against slipping and weighted down with paving stones and clamps. At the joints, the plywood parts were screwed on with screws dipped in epoxy resin.

A high contact pressure and the resulting pressing of the resin out of the joint is not necessary when using epoxy resin, in contrast to e.g. gluing with white glue. It is much more important that the joint is completely filled with resin and that no cavities are created.

Um möglichst wenige Dreckecken im Rumpf zu haben, die zwischen den Sperrholzteilen und den Rahmenteilen an allen Ecken entstehen können, habe ich all diese Ecken aufgefüllt und verspachtelt. Dazu wurden zuerst Passstücke aus Hartschaum mit entsprechendem Untermaß gefertigt. Diese wurden dann beim Verkleben der Rahmen mit reichlich Epoxidharz in die zu füllenden Hohlräume eingesetzt und im späteren Verlauf dann mit angedicktem Epoxidharz zugespachtelt und verschliffen. Somit ist ein auch optisch sauberer Übergang an allen Rahmenecken vorhanden, und die schwer zu reinigenden Stellen im Schiff wurden etwas reduziert.

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In order to have as few dirt corners as possible inside of the hull, which can occur between the plywood parts and the frame parts at all corners, I filled  all these corners. To do this, I first made fitting pieces of hard foam with the appropriate undersize. When gluing the frames, these were then inserted into the cavities to be filled with plenty of epoxy resin and later filled and sanded with thickened epoxy resin. This results in a visually clean transition at all frame corners and the hard-to-clean areas in the ship have been somewhat reduced.

Die Übergänge der Rahmen zu Sperrholzteilen wie Eckelemente oder Schotten bzw. Teilschotten wurden nach dem Verkleben, wenn das Harz bereits am Aushärten, aber an der Oberfläche noch klebrig war mit angedicktem Epoxidharz aufgefüllt und mit einem Abziehspachtel mit einer Kehlnaht versehen. Das Harz wurde mit sogenannten Micro-Balloons, mikroskopisch kleinen Glashohlkugeln, angedickt. Diese haben ein geringeres spezifisches Gewicht und führen zu einer leichten und vor allem leichter schleifbaren Füllmasse, die sich leicht verarbeiten lässt und etwa die Konsistenz von Erdnussbutter hat.

Achtung! die Anwendung dieser Technik kann unter Umständen dazu führen, dass man sich mitten in der Nacht den Wecker stellt, um in de Werkstatt zu fahren und Kehlnähte zu machen, weil man sich das Zwischenschleifen sparen will, was wiederum unter Umständen zu schwerwiegenden Beziehungsproblemen führen kann.

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The transitions of the frames to plywood parts such as corner elements or bulkheads or partial bulkheads were filled with thickened epoxy resin after gluing, when the resin was already curing but still tacky on the surface, and provided with a fillet weld using a putty knife. The resin was thickened with so-called micro-balloons, microscopic hollow glass spheres. These have a lower specific weight and result in a light, and above all easier to sand, filling compound that is easy to work with and has roughly the consistency of peanut butter.

Attention! The use of this technique can sometimes lead to setting the alarm clock in the middle of the night to drive to the workshop and make fillets because you want to save yourself the intermediate sanding.
This in turn can lead to serious relationship problems.

Voller Schutz gegen Spritzer von Harz und Härter sowie gegen das Einatmen von z.B. der MicroBalloons ist natürlich erforderlich, ebenso wie der Schutz der Haut, am besten mit mehreren Lagen von Nitril-Handschuhen, damit man bei Verschmutzung einfach die oberste Schicht Handschuh ausziehen und sofort weiterarbeiten kann. (Denn egal wie lange die Verarbeitungszeit des Harzes auch eingestellt ist, irgendwann beginnt das Zeug immer auszuhärten, wenn man eigentlich noch kurz was machen will.)

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Full protection against splashes of resin and hardener as well as against inhalation of e.g. the MicroBalloons is of course necessary, as is protection of the skin, ideally with several layers of nitrile gloves, so that if you get dirty you can simply take off the top layer of glove and continue working immediately. (Because no matter how long the processing time of the resin is set, at some point the stuff always starts to harden when you actually want to do something briefly).

Ich habe versucht, beim Bau der Rahmen manche Arbeiten vorwegzunehmen, um diese an kleinen und frei beweglichen Bauteilen besser und schneller ausführen zu können als später, wenn die Teile zusammengesetzt sind.
So z.B. die Ausschnitte für Stauboxen hinter Frame S und auch die groben Ausschnitte für die Stringer in den Kielbalken aus Eiche.

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When building the frames, I tried to anticipate some work in order to be able to carry it out better and faster on small and horizontal parts than later when the parts are assembled.

For example, the cut-outs for storage boxes behind frame S and also the rough cut-outs for the stringers in the oak keel beams.

Nach dem Verkleben aller Rahmen wurden diese nochmals geschliffen, alle Spachtelflächen und Klebeflächen plangeschliffen und mit 60er Körnung angeschliffen. Anschließend habe ich eine komplette Schicht Epoxidharz aufgetragen, um eine eingekapselte Struktur zu erhalten.
Vor dem Aufrichten der Rahmen wurden diese dann nochmals angeschliffen, um später das Schleifen in Zwangslagen im Bootsinneren möglichst zu reduzieren.

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After gluing all the frames, they were sanded again, all filler surfaces and gluing surfaces were sanded flat and sanded with 60 grit. Then I applied a complete layer of epoxy resin to obtain an encapsulated structure.

Before the frames were mounted on the jig, they were sanded again to reduce sanding in forced positions inside the boat as much as possible.

Nach den Epoxy-Arbeiten wurden die Rahmen in einer improvisierten Wärmebox verstaut, die mit Plastikplane abgedeckt immer auf über 20°c beheizt wurde, so lange, bis das Harz vollständig durchgehärtet bzw. schleifbar war.
Da meine Werkstatt schlecht isoliert ist und selbst im Sommer die nächtlichen Temperatur- und Luftfeuchteschwankungen die Eigenschaften des Harzes verändern können, war dies die einzige Möglichkeit, vor allem im Winter eine saubere, qualitativ hochwertige Verklebung und gute Oberflächen zu erzielen.

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After the epoxy work, the frames were stowed in an improvised heat box, which was always heated to over 20°c, covered with plastic sheeting, until the resin was completely hardened and sandable.
Since my workshop is poorly insulated, and even in summer the nightly temperature and humidity fluctuations can change the properties of the resin, this was the only way to achieve a clean, high-quality bond and good surfaces, especially in winter.

Zu erwähnen ist noch, dass die Teile nicht getempert, also über einen längeren Zeitraum auf höhere Temperaturen erhitzt werden können, um die Festigkeit des Harzes und damit der Bauteile zu verbessern. Grund dafür ist die Verwendung von Holz, das in einem langsamen Prozess die Holzfeuchte an den Feuchtegehalt der Raumluft anpasst. Heizt man das Massivholz oder Sperrholz nun plötzlich hoch, will der Wasserdampf aus dem Holz entweichen und diffundiert in das darauf befindliche Epoxidharz, wo sich dadurch nicht nur Blasen bilden, sondern durch das Wasser auch eine Aushärtung stellenweise nicht komplett erfolgen kann.

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It should also be mentioned that the parts cannot be tempered i.e. heated to higher temperatures over a longer period of time, in order to improve the strength of the resin and thus of the components. The reason for this is the use of wood, which in a slow process adjusts the wood moisture to the moisture content of the room air. If the solid wood or plywood is suddenly heated to high temperatures, the water vapour wants to escape from the wood and diffuses into the epoxy resin on top of it, where not only bubbles form but the water also prevents the resin from curing completely in some places.

Hier noch ein paar Fotos der fertigen Rahmen:
Here are a few more photos of the finished frames: