DEFINITIEF VERSLAG PRODUCT DESIGN
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN
INLEIDING Voor u ligt het eindverslag van het vak Product Design. In dit verslag vindt u een overzicht van het verloop van de ontwikkeling van een gevelelement, van scenario, concept tot een uitwerking in de vorm van een 1 op 1 prototype model. Voor Product Design kregen wij de opdracht om een innovatief gevelelement te bedenken voor een kantoorgebouw van circa 30x30x30 meter. Het gevelelement moest vooral innovatief zijn en niet een kopie van een reeds bestaand gevelelement. Tijdens de ontwikkeling van ons element hebben we diverse fases doorlopen. Msc1 building technology AR1B081 Product Design eindverslag
Van het bedenken van een scenario (concept) waar uit onze groep 3 keuzes zijn gemaakt als definitieve uitwerking, naar het digitaal uitwerken van een concept, naar een 3d model om de werking van het model te kunnen controleren en ook de verdere uitwerking naar zogenaamde “shop drawings� tekeningen waarmee we het model uiteindelijk kunnen gaan bouwen.
Geschreven door: Casimir Slui, 4025644 Peter van Luijn, 4032977
Ons gevelelement hebben we ook getest op bouwfysica en mechanica. Na het testen van ons model in een 3d computeromgeving hebben wij ons model werkelijk gebouwd. Van conceptvorming tot een prototype, dit vindt u in de volgende hoofdstukkken terug.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
Begeleidend docent: dr. ir. K. Vollers
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 2
INHOUDSOPGAVE Inleiding Inhoudsopgave H1. H2. H3. H4. H5. H6 H7 H8.
Opdrachtsomschrijving Scenario’s Karels keuze Aanscherping gekozen scenario Het gevelelement H5.1 Werkwijze/proporties H5.2 Presentatie constructie & proporties H5.3 Ontwikkeling element H5.4 Functies element H5.5 Ontwikkeling varianten H5.6 Keuze tussen 3 uitwerkingen H5.7 Variant Lamellen H5.8 Variant Armadillo H5.9 Proefmodellen H5.10 Ontwikkeling aandrijving draaiing H5.11 Werking aandrijving H5.12 Materiaalgebruik Detail en toepassing H6.1 Constructie Armadillo H6.2 Detaillering H6.3 Probleempunten H6.4 Toepassing en Impressie Controle gevelelement H7.1 TRISCO H7.2 BOA H7.3 DIANA Building the Prototype H8.1 Haalbaarheid H8.2 Kosten Prototype H8.3 Exploded view H8.4 Shopdrawings H8.5 Freesmal H8.6 Zijarmpjes H8.7 Achterconstructie H8.8 Begrenzing H8.9 Bewerking mal H8.10 Polyester schalen H8.11 Eindresultaat
blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz. blz.
4 5 8 9 10 11 12 13 14 15 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 29 30 31 33 34 35 36 38 39 40 41 43 44 45 47 48 49 51
Nawoord Bijlage 1, Makrolon
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 3
H1. OPDRACHTOMSCHRIJVING De opdracht voor Product Design was kort en bondig: “Ontwerp een innovatief gevelelement voor een kantoorgebouw en werk dit uit tot een werkend prototype”. Om een kader te stellen waarin deze opdracht zich bevindt zijn er enkele randvoorwaarden opgesteld: - De te ontwerpen facade is voor een kantoorgebouw met een lengte, breedte en hoogte van minimaal 30 meter; - Dat zijn ongeveer 8 á 10 verdiepingen; - De west en zuidgevel zijn het meest belast met invloed van de zon; - Er is uitgegaan van een casco kantoorgebouw waarvan de constructie al is gegeven, een beton/staalconstructie waar alleen de facade nog aan ontbreekt; - De facade moet vooral bruikbaar zijn voor de gebruikers van het kantoorgebouw; - Men moet een raampje open kunnen zetten voor ''gebruiks'' comfort; - Men moet naar buiten kunnen kijken; - De facade moet uit elementen kunnen worden opgebouwd; - De zonwering voor de facade moet mogelijkerwijs ook bruikbaar zijn voor standaard facaden; - De facade moet een ander patroon dan het gebruikelijke rechthoeken model weergeven, maar een architect moet de vrijheid van compositie behouden. De hoofdelementen voor het ontwerp berusten op: - Bruikbaarheid van de facade voor de eindgebruiker; - Een nieuw gevelbeeld ten opzichte van standaard patronen; - Zon moet op een andere manier geweerd worden dan met huidige systemen; - De gevel moet in elementen simpel kunnen worden opgebouwd;
30000mm
30
00
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
0m
m
////
m
30000m
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 4
H2. SCENARIO's Scenario Casimir Slui
Scenario Peter van Luijn
De achterliggende gedachte voor het concept was een elementen systeem dat zowel op vlakke als op gekromde gevels kon worden toegepast. Daarnaast is er gezocht naar een andere manier van zonwering waarbij de gevel een dynamisch beeld zou kunnen krijgen maar waarbij gelet is op het gebruik van de eindgebruiker, de zonwering mag de gebruiker niet belemmeren in een goede doorkijk naar buiten.
Het idee is het maken van een levende gevel. Door het openen of sluiten van geveldelen lijkt het bijvoorbeeld alsof de gevel ’s nachts slaapt en overdag ontwaakt. Het is mogelijk om op bijna elke plek in de gevel transparantie te creeren of om de zon te weren. De veranderingen in de gevel kunnen gebruikt worden voor communicatie en interactie met de gebruiker en omgeving. De bewegende gevelelementen kunnen gezien worden als ogen. Door middel van mechanische oogleden kan de gevel geopend of gesloten worden.
De zonwering moest zowel op een nieuwe gevel als op oudere gevels toepasbaar zijn. De eerste concepten waren in de vorm van een hexagonaal waarin er gedacht was aan een parasol-principe om de zonwering als het ware naar binnen te trekken zodat de gebruiker vrije doorkijk had naar buiten. Bij een verdere uitwerking zou dit om een extra constructie vragen voor een nieuwe of bestaande gevel.
Kortom een vrij simpel systeem dat op bestaande en nieuwe vliesgevels zou kunnen worden toegepast en doordat het gebruik van een elastisch materiaal wordt toegepast zou het ook mogelijk zijn op gekromde gevels. Ik heb in het begin gebruik gemaakt van Rhino voor gekromde elementen en later ook voor de “spannende” zonwering. Voor de meer orthogonale concepten heb ik Sketchup gebruikt maar zowel Sketchup als Rhino heb ik in Revit geïmporteerd om snel een totaal overzicht van toepassing van het element op een kantoorgebouw te zien.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 5
AR1B081 //// PRODUCT DESIGN //// BUILDING THE PROTOTYPE //// 29-06-2010 Werking
Variatie
Gesloten
PROBLEMEN:
Variatie
Gesloten
//// C. SLUI &
Glas
Kabel
Lamel
Extra isolatie bij gesloten gevel, gebouw zit in isolerende schil:
P.
Mogelijk gevelbeeld ONDERZOEKSPUNTEN: - Welke materialen gebruiken - Werking bewegingsmechanisme - Hoe zorgen voor isolerende schil - Wat zijn de ideale verhoudingen en maten
lamel
Motor
Kabel
Interactie met gebruiker
Open
- Hoe omgaan met regeninval - Ventileren - Etc.
Interactie met gebruiker Regen/vocht Elasticiteit Openen over meerdere verdiepingen Etc. Motoren
Mogelijke oplossing -> verkleinen schaal
Windbelasting
Open
UITGANGSPUNTEN: - Constructief: de gevel draagt alleen zichzelf, niet de vloeren - Bouwfysisch: bij gesloten gevel extra isolatie - Zonwerend: individueel te veranderen zonwering - Architectonisch: ‘levende’ gevel, materiaal, kleur, etc. buitenste laag zelf te bepalen
PRODUCT DESIGN ////////// INNOVATIEVE FACADE ////////// PETER VAN LUIJN ////////// 19-02-2010
Magneet?
Grote spanningen
Motor
Materiaal keuze
Motor?
Motor?
CONCEPT: - Levende / bewegende gevel - Interactie met gebruiker - Gevel slaapt of is wakker: volledig gesloten of open - Transparantie overal te creeren - Afmetingen van transparante vlakken zelf te bepalen
‘MORPHING FACADE ‘
H2. SCENARIOs
VAN LUIJN BLZ. 6
AR1B081 //// PRODUCT DESIGN //// BUILDING THE PROTOTYPE //// 29-06-2010 //// C. SLUI & P.
Er zal nog moeten worden gekeken naar de manier waarop de elementen met elkaar worden verbonden.
De elementen waaruit de facade is opgebouwd kunnen uit diverse materialen worden gemaakt waarbij het materiaal aluminium de voorkeur heeft vanwege de onderhoudsaspecten.
Zoals het Westraven gebouw in Utrecht, waarin Polyned een rol heeft gespeeld in de ''secundaire'' facade van zonwerende gaasweefsel is voor dit ontwerp een soortgelijke oplossing te bedenken. In de afbeeldingen bij (6)is een visuele weergave van de uitvoering.
(5) Realisatie van het ontwerp
Daarnaast is er bijna geen gebruik gemaakt van elastische materialen als zonwering in deze vorm.
De vorm van de elementenfacade is echter op een hexagonaal gebaseerd omdat deze op scharnierpunten ook op een gekromde gevel makkelijker realiseerbaar zijn dan een rechthoekig patroon.
De vorm van de facade elementen is niet gebonden aan de manier van zonwering, de zonwering zou ook op bestaande gevelconstructies kunnen worden toegepast.
De zonwering is een nieuw alternatief voor de bestaande systemen zoals screens, lamellen, uitvalzonwering e.a. De gebruiker heeft zelf de mogelijkheid om deze naar gering de zoninval dicht te zetten of te openen. Tegelijkertijd geeft het de gevel een andere uitstraling en is de gebruiker niet gebonden aan vaste screens waar doorheen gekeken moet worden, maar kan men net een spleetje open zetten net zoals men met het blote oog tegen de zon in kijkt.
(4) Wat is er innovatief aan het ontwerp?
Daarom richt ik mij op zowel het patroon van een facade als op de manier waarop zon geweerd kan worden en wellicht is er een combinatie van beide mogelijk waarin een nieuw uiterlijk te bereiken valt van kantoorgebouwen met een ''standaard'' vliesgevel.
Daarnaast zijn kantoorgebouwen vaak gebonden aan een vliesgevel systeem waarin alleen kan worden gevarieerd in een esthetisch beeld waarin de horizontale en verticale vlakken aanpasbaar zijn. Voor de hand liggende zonweringen zijn dan ook vaak screens, lamellen of uitzetzonweringen. Er is dan als het ware een soort standaard uiterlijk van een kantoorgebouw, uitzonderingen daargelaten waarin maatwerk aanwezig is.
- Opbouw van de gevelfacade, zowel dichte als transparante delen; - De manier van koeling, installatietechnisch of door middel van zonwering;
Kantoorgebouwen hebben veelal te kampen met de koeling in de warme zomerperioden die we de laatste tijd hebben gehad. Verwarming is niet zozeer het probleem maar de energie die nodig is om een gebouw te koelen in de zomermaanden is van diverse apsecten afhankelijk.
(1) Voorstel van het innovatieve ontwerp
Westraven, Utrecht
referentiebeelden materialisering en uitwerking
referentiebeelden concept
MSC 1 Building Technology, Component and System Design Scenario, Een ontwerp voor een facade van een kantoorgebouw
(6) Nadere Uitwerking
Gevelfragment met ingetrokken zonwering. Zoveel mogelijk doorkijk.
Impressie van een standaard vliesgevel met de ''eyecatcher'' zonwering
C.A.Slui, 4025644 19-februari-2010
Toepassing op de afdekkappen van een conventioneel susteem
Realisatie detail, rondom worden de doeken voorzien van een trekveer waardoor het doek slechts op 4 punten wordt gefixeerd.
Impressies van het eerste conceptontwerp op een hexagonaal systeem.
Bij een verdere uitwerking zou zit om een extra constructie vragen voor een nieuwe of bestaande gevel. Een verder ontwikkeld concept kwam terug op ''het openen van de gordijnen'' zodat de gebruiker zelf de openingen kan regelen voor de doorkijk.
De zonwering moest zowel op een nieuwe gevel als op oudere gevels toepasbaar zijn. De eerste concepten waren in de vorm van een hexagonaal waarin er gedacht was aan een tent-principe om de zonwering als het ware naar binnen te trekken zodat de gebruiker vrije doorkijk had naar buiten.
Daarnaast is er gezocht naar een andere manier van zonwering waarbij de gevel een dynamisch beeld zou kunnen krijgen maar waarbij gelet is op het gebruik van de eindgebruiker, de zonwering mag de gebruiker niet belemmeren in een goede doorkijk naar buiten.
De achterliggende gedachte voor het concept was een elementen systeem dat zowel op vlakke als op gekromde gevels kon worden toegepast.
(3) Het Concept
De hoofdelementen voor het ontwerp berusten op: - Bruikbaarheid van de facade voor de eindgebruiker; - Een nieuw gevelbeeld ten opzichte van standaard patronen; - Zon moet op een andere manier geweerd worden dan met huidige systemen; - De gevel moet in elementen simpel kunnen worden opgebouwd; - Er moet in het achterhoofd worden gehouden ofdat het ontwerp ook op gekromde gevels toepasbaar zou kunnen zijn.
- De facade moet vooral bruikbaar zijn voor de gebruikers van het kantoorgebouw; - Men moet een raampje open kunnen zetten voor ''gebruiks'' comfort; - Men moet naar buiten kunnen kijken; - De facade moet uit elementen kunnen worden opgebouwd; - De zonwering voor de facade moet mogelijkerwijs ook bruikbaar zijn voor standaard facaden; - De facade moet een ander patroon dan het gebruikelijke rechthoeken model weergeven, maar een architect moet de vrijheid van compositie behouden.
- De te ontwerpen facade is voor een kantoorgebouw met een lengte, breedte en hoogte van minimaal 30 meter; - Dat zijn ongeveer 8 verdiepingen; - De west en zuidgevel zijn het meest belast met invloed van de zon; - Er is uitgegaan van een casco kantoorgebouw waarvan de constructie al is gegeven, een beton/staalconstructie waar alleen de facade nog aan ontbreekt;
Om een kader te stellen waarin deze opdracht zich bevindt zijn er enkele randvoorwaarden opgesteld:
(2) Scenario en Randvoorwaarden
H2. SCENARIOs
VAN LUIJN BLZ. 7
H3. KAREL'S KEUZE Uit diverse scenario’s uit onze groep zijn wij samen als subgroep gekozen door onze begeleidend docent, Ir. Karel Vollers, een expert op het gebied van dubbel gekromde gevels en gebouwen. Wij kwamen vooral in scenario overeen in gedachtestroom, beeldvorming en het feit dat we beide grote intresse hadden om iets dubbelgekromds te maken vanwege het onbekende terrein daarin. Daarnaast wilden we beide een interactieve gevel die open en dicht kon zijn en ook diverse patronen kon weergeven waardoor de gevel nooit een passief gevelbeeld heeft. Het concept is gebaseerd op het idee van een “levende” gevel. Door verandering en beweging in de gevel ontstaat er een afwisselend gevelbeeld. De beweging zal door elementen die kunnen openen en sluiten worden bereikt. De elementen hebben behalve een esthetische, ook een zonwerende functie. De elementen kunnen afhankelijk van elkaar geopend of gesloten worden waardoor er een individuele zonwering ontstaat. Door het maken van verschillende patronen is er interactie met de gebruiker mogelijk. Het ontwerp is ook vooral een beleving voor de gebruiker die zelf kan bepalen wanneer een element open is of gesloten. Patronen kunnen worden bereikt door een domotica besturing onafhankelijk van de gebruiker die kan beslissen of er een element gesloten of geopend wordt.
Karel Vollers, rechts met de rode trui en zijn vrijgebogen vliesgevel
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
beeldvorming scenario Peter van Luijn
beeldvorming scenario Casimir Slui
volledige gevel bekleed met elementen (gesloten)
volledige gevel bekleed met elementen (geopend)
variant stroken bekleding
variant gedeeltelijke bekleding met elementen
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 8
H4. AANSCHERPING GEKOZEN SCENARIO Met onderstaande uitgangspunten zijn wij gaan zoeken naar methoden om een oogvormig element te maken. Hoe een oog te maken van schalen, lamellen, elastische materialen zoals latex of schuimen. Hoe open en sluit je zoiets en vooral hoe is het simpel uitvoerbaar te maken.
Brainstom google afbeeldingen zoektocht op termen zoals: interactive facade, eyecatching facade, folding facade’s, armadillo, eye, smart materials, luxaflex
Ontwerp uitgangspunten: Het gebouw: - De opdracht is het ontwerpen van een gevel voor een kantoor gebouw van 30 x 30 x 30 meter; - De verdiepingshoogte bedraagt 3 meter; - De verdiepingen zijn niet in de gevel af te lezen. Beschrijving gevel concept: - Het maken van een levende gevel. Door veranderingen in de gevel lijkt hij ’s nachts te slapen en overdag te ontwaken. Dit effect wordt bereikt door het openen of sluiten van gevel delen; - Het is mogelijk om op bijna elke gewenste plek transparantie te creeeren of te laten verdwijnen; - De veranderingen in de gevel kunnen gebruikt worden om interactie met de gebruikers of omgeving aan te gaan; - De gevel werkt als een ‘morphing facade’ Constructief: - De gevel draagt zichzelf en de vloeren. De gevel heeft dus ook een constructieve functie. Hierdoor staat de constructie niet in het zicht. Bouwfysisch: - Door de gevel volledig te sluiten is het gebouw extra geisoleerd. De bewegende huid werkt als een extra isolatie laag om de glazen gevel van het gebouw. Mechanisch: - De geveldelen kunnen apart van elkaar bewegen; - De geveldelen werken onafhankelijk van elkaar waar door meer variatie in het gevelbeeld mogelijk is. Zonwerend: - De zonwering in de gevel is individueel te bedienen en aan te passen. Architectonisch: - De gevel is toe te passen op platte vlakken; - Bij een open transparante gevel is het gevelbeeld vlak.; - Het gevelbeeldbeeld is afwisselend en aanpasbaar; - Er is interactie en communicatie mogelijk met de gebruikers en passanten.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 9
H5. HET GEVELELEMENT
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 10
H5.1 WERKWIJZE/PROPORTIES De eerste stap was het bepalen van de vorm en afmetingen van de elementen. Hiervoor hebben we verschillende studies gemaakt. We zijn begonnen met simpele schetsen maar omdat we met complexe vormen werken waren we al snel genoodzaakt om de computer te gebruiken. We hebben gekozen voor rhino omdat we met kleine afmetingen en elementen werken. Bovendien heeft Rhino de mogelijkheid om uit deze complexe vormen 2D tekeningen te maken. Daarnaast werkte Rhino vrij intuitief in 3d mesh vormen. Met het 3D model nagetekend in Rhino hebben we vervolgens diverse schaalgroottes geprobeerd om de grootte van ons element te bepalen op hoogte, breedte, drukte in het gevelbeeld en zicht in gebruik.
Diverse 3D model opbouwen om ook richting een maquette, uitvoering, maakbaarheid te werken. Op de volgende pagina vindt u de presentatie van de gekozen schaalgrootte en mogelijke achterconstructie.
Een belangrijk punt in het ontwerp van onze gevel is de schaal. Om er achter te komen welke element schaal het meest geschikt is hebben we verschillende opties voorgesteld. Hierbij hebben we bijvoorbeeld rekening gehouden met zicht op sta- en zithoogte en de dynamische eigenschappen van de gevel. Op de volgende pagina worden de schaalgroote en afmetingen ruimer onderbouwd. Ook is hier de eerste constructie opzet weergegeven.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 11
H5.2 PRESENTATIE CONSTRUCTIE&PROPORTIES CONSTRUCTIE
trekstang
SCHALEN EN VERHOUDINGEN
constructie (gelamineerd hout)
verd. vloer
De constructie van de gevel heeft dezelfde vorm als het patroon van transparante vlakken. De gevel kan gezien worden als een grote raatligger. De gevel wordt tussen de vloeren geplaatst waardoor de vloeren gedragen worden door de ‘morphing facade’. Bovendien kunnen de verdiepingsvloeren in de zomer exra gekoeld worden door de ‘ogen’ van de facade open te zetten. Om spatkrachten aan de randen tegen te gaan kunnen daar trekstangen bevestigd worden. De uiteindelijk dimensies van de constructie zijn nog niet berekend. Waterkerende laag:
Thermische laag:
CONCLUSIE SCHAALONDERZOEK grote schaal:
kleine schaal:
+ + + + + + +
weinig draaiende delen Weinig motoren weinig onderhoud makkelijk schoon te maken veel zicht naar buiten rustig gevelbeeld minder arbeidsintensief
+ + + + +
veel variatie/patronen mogelijk minder zware materiaal eisen fijne achterconstructie laag gewicht per element veel interactie mogelijkheden
-
hoge elasticiteit materialen weinig variatie mogelijkheden grove achterconstructie veel last van windbelasting hoog gewicht per element.
-
dun/fijn materiaal nodig altijd belemmering in zicht naar buiten veel bewegende delen veel motoren veel onderhoud lastig schoon te maken
Gericht op individu Gericht op gebouw en stad De gekozen schaal bestaat uit een combinatie van bovenstaande punten en zit daarom tussen de grootste en kleinste schaal in. De schaal die het best bij ons concept en uitgangspunten past is de een na kleinste variant.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 12
H5.3 ONTWIKKELING ELEMENT Met de juiste afmetingen van het element kunnen we de vorm gaan optimaliseren. In de eerste tekeningen zijn we uitgegaan van een element dat eindigt in punt. Doordat we later te maken krijgen met materiaaldiktes en aandrijfmechanismen, is het onmogelijk dat de elementen in de punt elkaar snijden. Om de vorm kloppend te maken moet het element worden aangepast. In plaats van te eindigen in een punt, bestaat de elementvorm nu uit gekromde lijnen die boven elkaar liggen. De lijnen snijden elkaar niet meer, waardoor er tussen de lijnen ruimte ontstaat voor o.a. de materiaaldiktes. Hierdoor worden de elementen op de uiteinden breder, wat tot gevolg heeft dat de vormen niet meer op elkaar aan sluiten. De niet kloppende aansluitingen zijn te zien op de tekeningen hieronder.
Zoals te zien in deze tekeningen hebben we gezocht naar een geometrische benadering om onze vrije vorm zo uit te werken dat deze goed zou aansluiten wanneer deze in serie worden gekoppeld. Uieindelijk is hieruit onze definitieve kloppende lijnen-vorm ontstaan.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 13
H5.4 FUNCTIES ELEMENT Nu de vorm van het element bekend is, is het van belang om de precieze functies vast te stellen. Wat willen we met het element bereiken? Met de vorm en beweging van de elementen zijn vele extra functies mogelijk. Hieronder zijn enkele van de ideeen beschreven: Constructief: De schalen kunnen zelfdragend zijn en als een soort van elementen gestapeld worden om zo de vloeren te dragen. Ook kan in plaats van de schalen de achterconstructie dragend zijn. Hierbij zou bijvoorbeeld het glas constructief kunnen werken of zouden enkele element dichtgezet kunnen worden. Een andere mogelijk is dat onze gevel werkt als een vliesgevel. De gevel draagt dan alleen zichzelf en niet de vloeren en dergelijke.
Thermisch: In eerste instantie was het de bedoeling om de elementen te laten werken als extra thermische laag. De schalen zouden bekleed kunnen worden met een dun isolatie materiaal. Hiervoor zou Aerogel geschikt kunnen zijn. Met name Spaceloft, een Aerogel isolatiedeken van 5 of 10 mm dik, zou hier toegepast kunnen worden. Ook zouden alleen de elementen ter hoogte van de verdiepingsvloeren geisoleerd uitgevoerd kunnen worden. De vloeren hoeven dan zelf niet thermisch te worden afgesloten van de buitenlucht. Door de gevel te openen zou je de vloeren (en daarmee het gebouw) snel kunnen koelen. Bij gesloten elementen zouden de vloeren wel van de buitentemperatuur afgesloten zijn. Beide thermische functies zijn te realiseren. Echter zou dit voor het gebruik op grote schaal erg duur worden. Bovendien is de vraag wat de meerwaarde is als de elementen geplaatst worden op een al isolerende achterconstructie. waterkerendelaag:
AR1B081
////
thermischelaag:
PRODUCT
DESIGN
////
De gevelbekleding: De bekleding en materiaalkeuze van de elementen kan ook verschillende functies dienen. Er kan bijvoorbeeld gedacht worden aan het gebruik van zonnepanelen of het plakken van afbeeldingen voor reclame doeleinden. Deze dingen kunnen echter later altijd nog toegepast worden, maar zijn voor ons nu niet van belang. Optimalisering van de bekleding van de elementen is altijd achteraf door de gebruiker mogelijk.
Zonwerend: Een belangrijke functie van de elementen is dat ze werken als zonwering. Door het openen en sluiten van de elementen is individuele zonwering mogelijk. Ook zouden de schalen gebruikt kunnen worden om zonlicht een ruimte juist in te sturen.
Communicatie / interactie: Doormiddel van het bewegen van de elementen kunnen patronen en afbeeldingen in de gevel aangebracht worden. De elementen werken als pixels. Ook kan er een beweging door de gevel gestuurd worden, waardoor het gebouw een dynamisch gevelbeeld krijgt. Gekozen functies: Voor het uiteindelijke element hebben we vooral gekozen voor de zonwerendheid en esthetische kwaliteit. - Gevelelementen worden bevestigd op vliesgevelconstructie. De gevel draagt alleen zichzelf en dus niet de vloeren. - Het gevelelement heeft geen extra thermische functie. Dit is te kostbaar en heeft voor ons nu nu niet de prioriteit. De elementen worden bevestigd als tweede laag op een gevel. Deze achtergevel heeft al goede thermische eigenschappen. Natuurlijk zullen de elementen wel voor een kleine verbetering in de akoestiek en warmte/vocht isolatie zorgen. - De bekleding van de elementen heeft voor ons nu geen extra functie. De enige eis is dat het mogelijk moet zijn om de vorm te maken. Extra functies kunnen altijd later aan de basis worden toegevoegd. - De elementen hebben een zonwerende functie. Deze is individueel te regelen. - Het is mogelijk om interactie en communicatie met de gebruiker te hebben.
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 14
H5.5 ONTWIKKELING VARIANTEN Na het bepalen van de functies van het element hebben we verschillende ontwerpen gemaakt die passen bij het concept en uitgangspunten:
Werking:
Tubes Element
De “tubes” zijn in gesloten vorm als het ware massief dus volledig gevuld en zouden thermische kwaliteiten kunnen bieden. Wanneer een draad warmte afgeeft aan het materiaal krimpt het materiaal waardoor de “tubes”dunner worden en tegen elkaar opgevouwen kunnen worden. Dit zou mogelijk ook met lucht kunnen worden gerealiseerd. Vooraanzicht
Materialen: Smart Material, Shape Memory Polymers Verylite Shape Memory Foam www.crgrp.net Polymeren die worden opgeblazen zoals latex, rubber.
Bovenaanzicht
Zijaanzicht
Werking:
Lamellen Element
Het werkt hetzelfde als luxaflex voor een raam, het wordt opgetrokken en de horizontale lamellen stapelen zich op. De lamellen zullen moeten worden geleid door draden, echter een open lamellen constructie zal last hebben van wind dus moet de constructie waarschijnlijk worden ingepakt in een membraamdoek voor meer weerstand tegen weersinvloeden.
Vooraanzicht
Materialen: Lamellen: - kunststof - metalen - hout, etc.
Bovenaanzicht
Helm Element
Verpakking van element: - Membraam doek - andere polymeren doeken
Zijaanzicht
Werking: De verschillende vlakken schuiven over elkaar heen als een huid van bijvoorbeeld een gordeldier. Aan de boven en onderzijde van het element worden de vlakken als het ware opgestapeld, de opening zal hierdoor kleiner zijn dan bij de andere concept elementen.
Vooraanzicht Bovenaanzicht
Materialen: - kunststof - metalen - hout, etc.
Zijaanzicht
eigenlijk is er van alles mogelijk, de productiemethode en eisen aan het materiaal geven uitsluitsel
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 15
H5.5 ONTWIKKELING VARIANTEN Werking:
Buizenframe Element
Het is een frame van buizen waar een doek of ander flexibel materiaal wordt gespannen. daarna bewegen de buizen naar elkaar toe wanneer het element open gaat en van elkaar af wanneer het element zich sluit.
Vooraanzicht
Materialen: - kunstof - metalen - hout, riet, bamboe
Bovenaanzicht
Zijaanzicht
Werking:
Accordeon Element
De hoofdgedachte was een lampion die heel dun kan worden opgevouwen, het is eigenlijk hetzelfde principe als met lamellen alleen dan met een schuine verbinding ertussen en dus is het een dicht element. het geheel wordt dus in elkaar gevouwen.
Vooraanzicht
Materialen: -
dunne kunststof folies membraamdoek doek met nanogel pockets
Bovenaanzicht
Zijaanzicht
Werking:
Ballon Element
De elementen kunnen niet open zoals de andere 5 alternatieven. De gevelelementen worden opgeblazen waardoor de vorm aan 2 zijden ontstaat. Door de vorm op te blazen worden de thermische eigenschappen verbetert en het zicht naar buiten diffuus. Vooraanzicht
Materialen: - elastische polymeren - “ballon”
Bovenaanzicht
Zijaanzicht
Uit bovenstaande ontwerpen hebben we 3 mogelijke elementoplossingen gekozen. Deze zijn we verder gaan uitwerken, zoals te zien is op de volgende pagina’s.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 16
H5.6 KEUZE TUSSEN 3 UITWERKINGEN Armadillo Element
Werking: 1.
Mechanisme: 1. 2.
2.
Hoekoplossing: 3.
Mechanisme vanuit zijkanten:
3.
Accordeon Element
Optie 1: Een klein tandwiel stuurt het grote tandwiel aan waardoor de ‘schubben’ in elkaar schuiven. Omdat er in 2 richtingen geopend wordt zijn er 2 tandwielen achter elkaar nodig. Optie 2: De nok op het wiel duwt de schubben in elkaar. Deze optie kan alleen als de schubben maar aan één kant aangedreven worden. Optie 3: Een zuiger duwt de schubben en elkaar.
4.
Werking:
Mechanisme:
Materialen: - Plaatstaal 1/2 mm - Spaceloft isolatie
Hoekoplossing:
Mechanisme vanuit het midden:
1.
2.
De ribben worden net als een luxaflex opgetrokken. dit gebeurd vanaf het midden van de ribben, via kabels die vast zitten aan een motor boven het oog. De bovenste helft opent door de motor en sluit door de zwaartekracht, de onderste helft opent door de zwaartekracht en sluit door de motor.
Buizenframe Element
Werking:
Mechanisme:
Materialen: - Hout - Spaceloft isolatie - Lycra
Hoekoplossing:
Mechanisme vanuit het midden:
1.
2.
De ribben worden net als een luxaflex opgetrokken. dit gebeurd vanaf het midden van de ribben, via kabels die vast zitten aan een motor boven het oog. De bovenste helft opent door de motor en sluit door de zwaartekracht, de onderste helft opent door de zwaartekracht en sluit door de motor.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
Materialen: - Aluminium - Spaceloft isolatie - Lycra
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 17
H5.7 VARIANT LAMELLEN Openingsmechanisme van verschillende ontwerpen: De accordeon- en buizenframe elementen zouden geopend kunnen worden via hetzelfde principe. Het openingsmechanisme werkt in feite als het openen en sluiten van een luxaflex. Het element bestaat uit stijve delen met daartussen een dun materiaal. Door de stijve delen samen te trekken kan het element openen of sluiten. Doormiddel van motortjes worden kabels strak getrokken of hooggehouden, waardoor het element kan bewegen.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 18
H5.8 VARIANT ARMADILLO Het armadillo (gordeldier) element bestaat uit verschillende schalen die over elkaar schuiven. Door het over elkaar schuiven van de schalen kan het element geopend of gesloten worden. Om ervoor te zorgen dat de schalen niet op elkaar vast lopen moeten ze draaien om het zelfde middelpunt. Met behulp van Rhino hebben we gekeken hoe de deze schalen overlappen en over elkaar heen draaien. Hierdoor weten we zeker dat alles draait, past en niet vastloopt.
WERKING - een draaipunt - schalen over elkaar
Door het experimenteren met het 3d model hebben we daarmee ook een verbetering van het model verkregen om vanuit een as van een cirkel de uiteinden te modelleren. Zodoende is er minder wringing in de schalen en is er een optimale draaiing vanuit 1 punt.
Begrenzing: Om ervoor te zorgen dat de schalen op de juiste plek blijven hangen en elkaar meenemen in hun beweging, geleiden ze elkaar. Voor dit probleem hebben we diverse manieren bedacht, deze staan op de volgende pagina’s.
Behalve met rhino hebben we het mechanisme ook in het echt getest. Dit hebben we gedaan door een versimpelde versie van het ontwerp 1 op 1 in rhino te tekenen. Vervolgens hebben we hiervan in de werkplaats een echt model gemaakt. Het metalen model had zijn eigen grens in het draaien van de schalen doordat deze bij een bepaalde hoek tegen elkaar aan liepen. Zie ook de volgende pagina.
IKEA wandklok waarbij de wijzers vanuit 1 as draaien over de bol.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 19
H5.9 PROEFMODELLEN Om tot een keuze voor ons element te komen hebben we kleine (versimpelde) modellen van de ontwerpen gemaakt. Hierdoor kregen we een idee van de vorm en werking:
Uitendelijke keuze openingsmechanisme: We hebben gekozen voor de armadillo variant. Dit omdat hierbij de vorm het beste tot zijn recht komt en het mechanisme degelijk en goed te maken is. Bovendien is het duurzamer en minder gevoelig voor bijvoorbeeld wind. Dit is belangrijk aangezien het element ook geplaatst moet kunnen worden op de 10e verdieping van een gebouw.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 20
H5.10 ONTWIKKELING AANDRIJVING DRAAIING Hieronder is te zien hoe de draaiing van de schalen zal worden gerealiseerd, het listige aan deze manier is dat de schalen op de uiteinden trapsgewijs naar binnen lopen omdat de arm 4x naast elkaar wordt opgestapeld. Daarnaast is een probleem, het begrenzen van de draaiing van de schalen over elkaar. Nu zou de groene schaal zoals hieronder weergegeven over de blauwe heen kunnen vallen terwijl de rotatie juist begrensd moet worden.
Het wiel bleek niet de beste oplossing, omdat het hierbij lastig zou worden op dezelfde as tegelijk twee richtingen op te draaien. Een betere oplossing is het gebruik van duwketting. Deze duwketting heeft stijfheid in 1 richting, waardoor hij de schalen als het ware open kan duwen. De begrenzing van de schalen op onderstaande wijze werkt wel voor het onderste deel, maar helaas niet voor het bovenste deel van het element. De duwketting was niet de optimale oplossing maar wel mechanisch interresant vanwege de stijfheid en oprolbaarheid, maar ook vanwege de minste wringing op de schalen doordat er kracht wordt gezet in het midden van de schalen.
Op de afbeeldingen hieronder is te zien dat we al gauw bezig waren met een begrenzing in de vorm van een wiel met daaraan een tandje die 1 schaal meeneemt die vervolgens de rest ook meeneemt in de rotatiebeweging.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 21
H5.10 ONTWIKKELING AANDRIJVING DRAAIING Mogelijke detaillering bij gebruik duwketting:
GESLOTEN
OPEN
ISOLEREN?
isolatie laten overlappen, of alleen folie voor straling? geleiding voor ketting? benodigde ruimte opgerolde ketting en motor?
i
di
ng
va
as : naf
ge
le
ruimte voor elektronica / kabels?
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 22
H5.11 WERKING AANDRIJVING De duwketting bleek uiteindelijk niet de beste aandrijfoplossing. Dit i.v.m. met stabiliteit en onderhoud van de ketting. Bovendien was het voor het maken van het prototype lastig om aan de juiste ketting te komen en zou de bevestiging van de ketting op de schalen een probleem kunnen vormen. Met deze punten in het achterhoofd heben we besloten om de schalen aan te drijven via een aandrijfriem. Deze riem loopt tussen een transmissiemotortje en een tandwiel dat is bevestigd op het binnenste armpje van de middelste schaal. Het binnenste armpje beweegt en neemt daarbij de andere armpje mee naar boven of beneden. De aandrijving zit maar aan een kant van de schalen. Zoals op de afbeeldingen is te zien heeft elk element twee motortjes. Doormiddel van het gewicht van de schalen en de windbelasting op 30m hoogte, hebben we de kracht berekent die de motortjes moeten hebben. Vervolgens hebben we contact gehad met mensen van Industrieel Ontwerp om een geschikt motortje te vinden. Deze motor is echter te zwaar en duur om te gebruien bij het te bouwen prototype. Het prototype heeft ook geen last van windbelasting, dus een zwakker motortje volstaat. De motortjes bevinden zich in een kastje tussen de schalen. Dit kastje kan van binnenuit geopend worden voor onderhoud aan het aandrijvingssysteem.
In ons ontwerp is elk element individueel regelbaar. Indien dit te duur is voor de toekomstige gebruiker kan er er ook voor gekozen worden om meerdere elementen tegelijk te bedienen. Dit kan doormiddel van een as die door meerdere elementen gaat. Hierdoor kan er op de aanschaf en onderhoudsprijs van de vele motortjes bespaart worden. Begrenzing: Om ervoor te zorgen dat de schalen op de juiste plek blijven hangen en elkaar meenemen in hun beweging, geleiden ze elkaar. Doormiddel van een gleuf en een pin staan de armen met elkaar in contact. Als de ene schaal beweegt wordt de andere vanzelf meegetrokken.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 23
H5.12 MATERIAALGEBRUIK Materiaal productiemodel:
Materiaal prototype:
Het materiaal waar de schalen van worden gemaakt moet licht en stevig zijn. Bovendien moet het makkelijk in de juiste vorm gebracht kunnen worden en moet er bijna geen werking zijn. De schalen moeten vlak langs elkaar kunnen schuiven, dus ze mogen niet te veel uitzetten of van vorm veranderen waardoor de geleiding vastloopt.
Polyester: Een betaalbare manier om het prototype te maken is het gebruik van polyester. Doormiddel van een mal wordt polyester versterkt met glasvezeldoeken. Door het gebuik van keperweefsel is het mogelijk om de dubbelgekromde vorm strak te krijgen.
De volgende materialen zijn na onderzoek overgebleven en komen in aanmerking om te gebruiken voor ons gevelelement:
Om te oefenen met het werken met ployester hebben we een proef model gemaakt. Voor dit model hebben we standaard glasvezeldoek gebruikt. Door het niet gebruiken van keperweefsel is de vorm hoekiger en zijn er vouwen zichtbaar. Wel is het model erg sterk. Ook hebben we zo kunnen oefenen met het lossen van het model uit zijn mal.
Makrolon (polycarbonaat): Makrolon is een polycarbonaatplaat die doormiddel van thermoforming in de juiste vorm getrokken wordt. Omdat we meer informatie wilden hebben over dit product zijn we langs geweest bij Plastica thermoforming. Dit is een bedrijf in Bergen op Zoom dat met Makrolon werkt. Hier bleek dat het goed mogelijk is om de dubbel gekromde schalen van ons gevelement met dit materiaal te laten maken. Eerst zou er een mal moeten worden gefreesd. Van deze houten mal zou voor massaproductie een afgietsel van aluminium moeten worden gemaakt. Over deze mal worden vervolgens de polycarbonaatplaten diepgetrokken. Omdat de schalen maar een paar milimeter dik zijn, zouden ze waarschijnlijk niet stijf genoeg worden met dit materiaal. Dit komt vooral omdat tijdens het dieptrekken de platen uitgerekt worden en het materiaal dus niet overal meer even dik is. Hierdoor zouden er zwakke plekken kunnen ontstaan. Om dit te voorkomen zouden de randen van de schalen omhoog gezet moeten worden. Net als bijvoorbeeld het deksel van een emmer, zou dit voor extra stevigheid zorgen. De schalen kunnen elk gewenst relief en kleur meekrijgen. Enige nadeel van dit materiaal is dat de invloed van UV-straling groot is. Het bedrijf geeft een terugwerkende garantie van 10 jaar, maar daarna zou het kunnen zijn dat de schalen vervangen moeten worden. Het gebruik van Makrolon door thermoforming voldoet aan de eisen die we stellen voor ons element. Ook de kosten vallen mee. Het duurste is het maken van de mal, maar deze kan voor de hele gevel gebruikt worden, waardoor voor massaproductie van het element dit een goed materiaal en productiemethode is. De eigenschappen van makrolon zijn te vinden in de bijlage. Composieten: Het gebruik van composieten zou ook een goede mogelijkheid kunnen zijn voor het maken van onze elementen. De schalen moeten dun zijn, licht, sterk en makkelijk in een gekromde vorm te maken. Allemaal eigenschappen die bereikt kunnen worden met composieten. Voor meer informatie over de mogelijkheden en de soorten hebben we een afspraak gemaakt bij de faculteit ruimtevaart, dit omdat ze hier veel met composieten werken. Het eerste gesprek verliep positief en we werden doorverwezen voor een gesprek met Adriaan Beukers. Hieruit bleek helaas dat het gebruik van composieten voor ons niet mogelijk was. In theorie zou het een geschikt materiaal zijjn, maar het is lastig om een mooie afwerking te krijgen. Bovendien is het voor massaproductie te arbeidsintensief en voor ons prototype te duur om composieten te gebruiken. Conclusie: Voor het maken van een heel gebouw met onze elementen, is het gebuik van Makrolon Polycarbonaatplaten geschikt. Hiermee kunnen in serie de elementen gemaakt worden. De schalen krijgen zo de juiste vorm, zijn vormvast, krimpen nauwlijks, zijn bestand tegen weersinvloeden en het is nog te betalen ook. Voor ons prototype is het echter te duur om polycarbonaatplaten diep te trekken in de juiste vorm. Dit zou uitkomen op ongeveer 7000 euro, een stuk meer dan de 250 euro die we kunnen uitgeven.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 24
H6. DETAIL EN TOEPASSING
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 25
H6.1 CONSTRUCTIE ARMADILLO De gevelelementen worden bevestigd op een achterconstructie. Deze achterconstructie is in wezen een gewone vliesgevel. Het verschil zit hem in de golvende vorm. Hiernaast is in schema de opbouw van de hele gevel te zien.
1. Staal constructie
Op de volgende pagina’s zijn de details van de gevel te zien. Dit zijn de details van de gevel zoals deze in werkelijkheid zou zijn en dus niet van het prototype.
2. Houten framewerk 1. Stalen achterconstructie
3. Gevel elementen
Detail H.1
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
3. Composiet gevelelementen
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
Detail V.1
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 26
H6.2 DETAILLERING
DETAIL H.1 AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 27
H6.2 DETAILLERING
DETAIL V.1 AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 28
H6.3 PROBLEEMPUNTEN Problemeempunten die je tegenkomt als je de gevel toepast op een gebouw zijn de entree en de hoeken.
Entree in plint:
De entree kan op verschillende manieren opgelost worden. De meest nette manieren zijn: - Het maken van een verscholen entree. Ter plaatse van de entree is een deel uit de gevel gesneden. het weggesneden deel wordt voor de gevel geplaatst, of kan naar buiten schuiven. Hierdoor lijkt het alsof de gevel niet onderbroken wordt. - De plint van het gebouw uitvoeren in glas. De gevelelementen zweven als het ware en vallen extra op. De entree kan op een standaard manier in de plint verwerkt worden. - De entree is onder de grond. Via een hellingbaan betreed je het gebouw op kelderniveau. Hierdoor kunnen de elementen tot de grond lopen en blijft het gevelbeeld intact. De hoeken worden opgelost door een halfrond element. Dit element gaat de hoek om zodat het gevelbeeld vervolgd kan worden. Deze hoek elementen kunnen niet geopend worden.
Verscholen entree:
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 29
H6.4 TOEPASSING & IMPRESSIE Mogelijke gevelbeelden:
Impressie gevelbeeld buiten en binnen:
Gesloten, met glazen plint
Open, met glazen plint
Elementen tot op maaiveld
Gevel half om half
Gevel schuin
Gevel ruit
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 30
H7. CONTROLE GEVELELEMENT
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 31
H7. CONTROLE VAN GEVELELEMENT Om te zien of het gevelontwerp voldoet aan de bouwfysische en constructieve eisen hebben we het getest met verschillende computers programma’s: - TRISCO, warmte en vocht. - BOA, akoestiek. - DIANA, contructie. Hieruit bleek dat ons ontwerp aan alles gestelde eisen voldoet.
TRISCO: Bij trisco moet het model worden ingevoerd doormiddel van coordinaten in een grid. In TRISCO kan alleen recht getekend worden. Hierdoor moesten we als het ware een abstracte versie van onze gevel invoeren. Het was helaas niet mogelijk om ons RHINO model te importeren. We hebben niet het hele model ingevoerd maar alleen het detail waar het kastje zit voor de aandrijving van de schalen. Dit omdat de rest van de gevel in feite een vliesgevel is en dus niet interessant om door te rekenen.
BOA: Bij BOA hebben we gekeken wat de invloed is van verschillende materialen voor de schalen op de geluidwerendheid van de gevel. De vliesgevel zelf zorgt al voor voldoen wering, maar mischien is het mogelijk om doordat de gevelelementen geluid weren, goedkoper glas in de gevel toe te passen.
DIANA: In DIANA hebben we getest of de stijfheid van de schalen voldoende is. We hebben het RHINO model kunnen invoeren in DIANA door het te importeren als IGES bestand. Voor het invoeren in DIANA moesten we het model opnieuw tekenen. Dit omdat de elementen los van elkaar moeten staan, omdat je in DIANA pas de verbindingen en dikte moet aangegeven. Nadat het model is ingevoerd in DIANA moeten alle elementen opnieuw worden opgedeeld. Doormiddel van het aangeven van een meshtype weet DIANA over welke punten een berekening moet worden uitgevoerd. Doormiddel van kleuren geeft DIANA weer op welke punten de meeste doorbuiging, spanning, etc. zich bevindt.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 32
H7.1 CONTROLE VAN GEVELELEMENT, TRISCO Simulatie temperatuurverloop:
Op deze pagina zijn de resultaten te vinden van het berekende detail. Dit is het definitieve detail van de mechanische ruimte in de armadillo facade. Hierbij zijn de kozijnen en het glas aan de buitenrand geplaatst en is er geisoleerd met SpaceLoft isolatie van Insulcon. CONCLUSIE: Uit de berekeningen van TRISCO blijkt dat het 2D detail dat we hebben ontworpen voldoet aan de door ons gestelde thermische eisen. Het detail isoleert voldoende en er streedt geen condensatie op. Het standaard en ouderwetse houten kozijn van onze gevel voldoet nog steeds en de simpele oplossing door de open ruimte te bekleden met een dun en goed isolerend materiaal (dat door de geringe benodigde oppervlakken ook nog eens goedkoop is) zorgen ervoor dat het detail en daarmee onze gevel thermisch verantwoord zijn.
Invoer in trisco:
Rekenresultaten: TRISCO - Calculation Results Number of nodes = 898 Heat flow divergence for total object = 3.77038e-012 Heat flow divergence for worst node = 9.65e-009 Col. Type 1 2 6 7 8 9
BC_SIMPL BC_SIMPL MATERIAL MATERIAL MATERIAL MATERIAL
Col. Type 1 2
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
BC_SIMPL BC_SIMPL
29-06-2010
Name buiten binnen Hout 50mm Multiplex 18mm Spaceloft dubbele beglazi Name
tmin [째C] -10.38 9.27 -9.47 -10.38 -10.28 -8.09 ta [째C]
C.
SLUI
Y
Z
5 2 1 5 4 0
6 6 9 6 10 8
4 8 5 4 6 6
Flow in [W] 0.23 10.37
buiten binnen
////
X
&
P.
tmax [째C] -3.01 21.85 21.85 20.95 18.05 15.44
X
Y
8 12 12 10 9 0
5 3 3 3 4 7
Flow out [W] 10.60 0.00
VAN
LUIJN BLZ. 33
Z _ 4 1 1 6 2 5
H7.2 CONTROLE VAN GEVELELEMENT, BOA Varianten gevelelement: Voor dit practicum hebben we verschillende materialen en diktes getest. Dit hebben we gedaan omdat we bij aanvang van het practicum nog zoekende waren naar een geschikt materiaal voor de schalen van het element. Uit de resultaten van BOA blijkt dat ons gevelelement uitgevoerd in staal de beste akoestische eigenschappen opleverd. In het ontwerpproces zijn we er echter achtergekomen dat staal niet het beste materiaal is om ons gevelelement in uit te voeren. Dit ondermeer door de dubbele krommingen van het element die moeilijk zijn te realiseren met staal. Na onderzoek hebben we gekozen om ons gevelelement uit te voeren in composiet. Hoewel composiet minder goede geluidwerende eigenschappen heeft als staal, is makkelijker te vormen in de gewenste vorm, voldoet aan de juiste stijfheid en is lichter dan staal.
1mm staal
lucht 620mm
4-16-4 glas
3mm staal
3mm Composiet
lucht 620mm
4-16-4 glas
6mm Composiet
3mm CoreCork 120
lucht 620mm
4-16-4 glas
3mm Makrolon
lucht 620mm
4-16-4 glas
lucht 620mm
4-16-4 glas
Doordat het gevelelement bevestigd wordt op een achterconstructie die al voldoende geluidwering opleverd, is het gebruik van composiet geen probleem. Het gebruik van een goed isolerend gevelelement kan wel van belang zijn als er bijvoorbeeld geprobeerd moet worden om de achterconstructie zo licht mogelijk te maken (dan kan het gevelelement wel een bijdrage leveren om tot het gewenste geluidsniveau binnen te komen). Voor ons ontwerp heeft dit weinig nut, omdat de elementen ook open kunnen staan. Door het maken van dit practicum hebben we geleerd om met BOA te werken, waardoor we sneller akoestische berekeningen kunnen uitvoeren. En hebben we ook inzicht gekregen in de soortelijke massa van de elementen waardoor we ook het gewicht van een element konden berekenen.
lucht 620mm
4-16-4 glas
De achterconstructie die in feite bestaat uit een vliesgevel, voldoet al aan de gestelde eisen. De gevelelementen die ervoor geplaats worden zorgen in gesloten toestand voor extra geluidwering. De ontworpen facade voldoet aan de akoestische eisen.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 34
H7.3 CONTROLE VAN GEVELELEMENT, DIANA Uit de berekeningen van Diana blijkt dat onze Makrolon schalen voldoende vormvast zijn bij 6mm dikte, gebaseerd op eigen gewicht en windbelasting. In onderstaande afbeelding is te zien dat de rode lijnen nauwelijks van de groene mesh afwijken. De rode lijnen geven de verplaatsing van de mesh aan. Hoe verder deze lijnen uit elkaar komen des te meer vervorming er is van de elementen. Volgens de DIANA resultaten is de maximale vervorming op een klein deel 4,8 mm. Dit lijkt veel, maar voor de enkel esthetische functie van ons element is dit niet te groot. Bovendien zal de werkelijke vervorming minder zijn, omdat de schalen elkaar ondersteunen.
Resulterende verplaatsing:
Onze conclusie is dan ook dat door de dubbele kromming die in de schalen zit de meeste stijfheid wordt verkregen. De enige kritieke factor aan Makrolon als materiaal voor de schalen is dat het slecht bestand is tegen uv-straling. De fabrikant van Makrolon geeft wel standaard 10 jaar garantie op platen Makrolon. Echter, bij thermoforming wordt een vlakke plaat snel verhit en in een mal geduwd. Hierbij neemt de plaat de vorm van de mal aan en verandert de moleculaire structuur van de plaat. Hierdoor vervalt ook direct de garantie op het materiaal. Dit mede omdat een vlakke plaat in sommige delen niet overal dezelfde dikte zal behouden maar als het ware deels wordt opgerekt. Voor de uiteindelijke bouw van ons prototype maken we gebruik van polyester kunsthars in combinatie met glasvezeldoek als vervanger voor de Makrolon schalen. Dit doen we omdat een mal om de Makrolon platen te vervormen 7000,- euro kost, en ons budget maar 250 euro bedraagt. De benodigde stijfheid kunnen we verkrijgen door een kunsthars te gebruiken met glasvezeldoek bij een minimale dikte. Voor massaproductie daarentegen is Makrolon veel geschikter omdat er veel minder bewerkingen nodig zijn dan bij het maken van composieten van kunsthars. Men wint dan de prijs van de mal terug ten opzichte van de kosten voor de tijd die nodig is om een X aantal schalen te maken.
Hoofdconclusie: Onze gevelelementen zijn voldoende vormvast om uit te voeren met het materiaal Makrolon bij een dikte van 6 mm. Dit komt door de vorm van de elementen en het gebruikte lichte materiaal.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
De doorbuiging is het grootst in het midden van de schalen. Er is geen doorbuiging in de twee buitenste schalen omdat deze zijn bevestigd op de achterconstructie. De vervorming van het door ons ontworpen element is minimaal. Met deze vorm en materiaalkeuze hoeven we aan het element zelf niets meer te veranderen. Het verstevigen van de Makrolon elementen door het aanbrengen van een achterconstructie/frame is dus niet nodig. Op de volgende pagina is het hoofdspanningsverloop weergegeven. Aan het spanningverloop is te zien dat de grootste spanningen zich bevinden aan de zijkanten waar de schalen bevestigd zijn, de zijarmpjes. Het eventuele bezwijken van de elementen zou hier ook het eerst plaatsvinden, aangezien dit ook het smalste deel van het element is. De spanningen en vervormingen zijn echter toelaatbaar voor ons element. In de bijlagen is een overzicht te vinden met de presentaties van de overige resultaten.
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 35
H8. BUILDING THE PROTOTYPE
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 36
H8. PROTOTYPE PRODUCTIEMODEL
VS
Polycarbonaat Massief houten vliesgevelconstructie Hardhouten of lichtmetalen zijarmpjes Spaceloft Aerogel isolatie t.p.v. motorische ruimte Kozijn met dubbelglas UV werende coating Gemotoriseerde aandrijving + regelaar -
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
PROTOTYPE - Polyester - Vliesgevelconstructie uitegevoerd als ‘‘doos’’, multiplex en kurk - Multiplex zijarmpjes - Geen isolatiematerialen - Geen kozijnen + glas - Geen UV werende coating - Gemotoriseerde aandrijving
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 37
H8.1 HAALBAARHEID Begroting voor aanvang bouwen prototype:
Begroting materiaal Armadillo Prototype Costs
Onderdelen
materiaal
1. Schalen 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
2. Armen 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
3. Elektra 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11
4. Achterconstructie 4.1 4.2 4.3
AR1B081
////
Materiaal mal Freeswerk Coating voor mal Waxlaag mal Glasvezeldoek/rol Hars Poly-Pox 500 1kg Plamuur Verhardingmiddel Bevestiging achterconstr.
Ddlak 750gr. Zwart Mirror Glaze 87 HT hars PP plamuur 1kg PP Harder 500gr hoekijzer/plaatstaal
multiplex 18mm teflon staal draadstaal 6mm spijker +- 4mm +- 4mm
motor motorset optie + regelaar stekkernetvoeding optie batterij (motorset) tandwiel 15tands tandwiel 30tands getande riem 65T 330mm schakelaar 3 polig motorklem splitpen/spijker motoras schroeven bevestiging motor
PRODUCT
niet motorisch + sponsor totaal
optie motor set totaal
€ 590,63 € 20,00 € 21,79 € 16,59 € 21,00 € 28,39 € 14,64 € 21,79 € 0,00
€ 590,63 € 20,00 € 21,79 € 16,59 € 21,00 € 28,39 € 14,64 € 21,79 € 0,00
SPONSOR € 20,00 € 21,79 € 16,59 € 21,00 € 28,39 € 14,64 € 21,79 € 0,00
€ 590,63 € 20,00 € 21,79 € 16,59 € 21,00 € 28,39 € 14,64 € 21,79 € 0,00
m2 stk. stk. cm stk. stk. stk.
€ 33,20 post TU post TU post TU post TU post TU post TU
€ 33,20 post TU post TU post TU post TU post TU post TU
SPONSOR post TU post TU post TU post TU post TU post TU
€ 33,20 post TU post TU post TU post TU post TU post TU
2 2 1 2 2 2 2 1 2 2 4
stk. stk. stk. stk. stk. stk. stk. stk. stk. stk. stk.
€ 25,99 € 54,99 € 5,29 € 15,99 € 8,99 € 13,99 € 2,99 € 2,00 € 3,00 € 1,00 post TU
€ 51,98
GEEN
€ 5,29
€ 5,29
€ 17,98 € 27,98 € 5,98 € 2,00 € 6,00 € 2,00 post TU
€ 17,98 € 27,98 € 5,98 € 2,00 € 6,00 € 2,00 post TU
€ 31,98 € 17,98 € 27,98 € 5,98 € 2,00 € 6,00 € 2,00 post TU
1
m2 m2 m2
post post post
post 2.1 € 19,80 post 2.1
post 2.1 € 19,80 post 2.1
post 2.1 19,8 post 2.1
€ 868,66
€ 192,85
€ 953,35
eenheid
prijs
1 1 5 1 1 1 6
stk. stk. stk. stk. m2 stk. stk. stk. stk.
post 10 2 20 4 48 4
polyurethaan schuim
armen 16x tussenringenringen 6mm bevestigingsplaatje as 2x slotpen schroeven tpv 3 per schaal schroeven tbv tandwiel
Liggers, rechte stukken Liggers gekromd b/o Box voor motoren
hele armadillo totaal
hoeveelheid
beugel of staalplaat staaldraad +- 4mm
multiplex 18mm 2/3mm buigtriplex multiplex 18mm
DESIGN
////
BUILDING
THE
haalbaar totaal
Opmerking 4,5 euro de liter opstartkosten
€ 33,20 € 4,00 € 30,00
voor 1250x2500x18mm betonplex
€ 10,00
schroeven doosje vol, anders bij kees
2000x1000x1mm staalplaten.nl
€ 109,98
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
+
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 38
H8.2 KOSTEN PROTOTYPE Uiteindelijke gemaakte kosten:
De kosten zijn voornamelijk hoger uitgevallen doordat de polyester schalen niet sterk genoeg bleken te zijn. Hierdoor hebben we extra materiaal moeten kopen om de schalen te verstevigen.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 39
H8.3 EXPLODED VIEW Voor het maken van het prototype hebben we een exploded view gemaakt zodat we een overzicht hebben van alle onderdelen en hun plek.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 40
H8.4 SHOPDRAWINGS De achterconstructie en zijarmpjes voor het prototype maken we uit multiplex platen. Hiervoor hebben we werktekeningen gemaakt. Dit hebben we gedaan via de make2D functie van RHINO. Vervolgens hebben we de tekeningen geimporteerd in AUTOCAD en deze verder uitgewerkt.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 41
H8.4 SHOPDRAWINGS De te frezen mal wordt opgebouwd uit verschillende polyurethaan platen. Hieronder is de opdeling van de blokken te zien:
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 42
H8.5 FREESMAL De schalen voor het prototype worden gemaakt van polyester. Dit doen we door glasvezeldoek en polyester te vormen op een mal. Deze mal maken we uit polyurethaan en laten we frezen. Omdat de mal te groot is om in een keer te laten frezen, delen we hem op. We laten verschillende PU blokken frezen en lijmen deze later aan elkaar. Om de freesmachine te kunnen aansturen hebben we met behulp van MADCAM een model getekend. Dit is een plugin voor RHINO en hiermee kunnen freeskoppen e.d. worden aangegeven. De reden dat we gekozen hebben om de mal te frezen is dat de schalen van ons gevelelement een dubbel kromming hebben. Bovendien moeten de schalen over elkaar passen en elkaar kunnen geleiden. Hiervoor is het van belang dat de schalen precies op maat worden gemaakt. De mal die we gebruiken voor het vormen van de schalen moet dus voldoen aan de door ons gestelde afmetingen. Dit kan het strakst worden gedaan doormiddel van frezen. In eerste instantie was het onze bedoeling op de schalen te maken doormiddel van thermoforming. Hiervoor zou ook een houten mal worden gefreest en daarvan zou (indien nodig) een afgietsel van aluminium worden gemaakt. Deze mal zou oneindig vaak gebruikt kunnen worden waardoor hij erg geschikt zou zijn voor massaproducte van ons element. Over deze mal zou vervolgens polycarbonaat worden diepgetrokken om zo de juiste elementvorm te verkrijgen. Het maken van de mal en het produceren van de schalen op deze manier bleek helaas te duur. De kosten zouden uitkomen op 7000,- euro. Voor massaproductie goed te doen, omdat deze kosten maar een keer hoeven te worden uitgegeven, maar voor ons prototype veel te duur. Dit heeft ons doen besluiten om de mal te laten frezen op bouwkunde, en de schalen te maken met polyester.
Overzicht van de te frezen mal, opgedeeld in 7 delen.
Het laten frezen van de mal was nog een hele klus. We moesten het frezen op de faculteit bouwkunde laten doen, omdat het te duur was om ergens extern een freesmachine te gebruiken. Om er zeker van te zijn dat we op tijd over de mal konden beschikken zijn we ruim 1,5 maand voor aanvang van de bouw van het prototype langs geweest bij de 2 freesmogelijkheden op de faculteit. Dit zijn de freesmachines in de maquettehal en bij hyperbody. Helaas bleek de machine in de maquettehal vaak storing te hebben en kreeg afstudeerwerk voorrang. De freesmachine bij hyperbody mochten we uiteindelijk helemaal niet meer gebruiken omdat deze te veel lawaai zou maken. Na veel geduld en vaak langslopen, is het gelukt om net op tijd de mal gefreesd te hebben. Dit was wel enkele weken later dan de datum waar we vanuit gegaan waren.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
Mal (rood) met eventuele bekisting.
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 43
H8.6 ZIJARMPJES Voor het maken van de houten achterconstructie en de zijarmpjes, kregen wij hulp van Jo Cox van het mbo Zadkine Prinsenland afd. bouwkunde. De zijarmpjes zijn uit 18mm multiplex gezaagd en half om half uitgefreesd, zodat we de begrenzing en beweging van de armpjes binnen de 18mm konden houten, zonder een verdubbeling van multiplex te krijgen. In de afbeeldingen op deze pagina is te zien hoe de multiplex plaatjes uiteindelijk in elkaar vallen.
Perspectief begrenzing armpjes:
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 44
H8.7 ACHTERCONSTRUCTIE BOUWEN VAN HET PROTOTYPE, monteren frame
Op de eerste echte bouwdag van het protoype zijn we begonnen met het schuren van de houten onderdelen, die eerder al waren gezaagd en gefreesd. Na het schuren hebben we met houtlijm en nietjes het frame in elkaar gezet.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 45
H8.7 ACHTERCONSTRUCTIE BOUWEN VAN HET PROTOTYPE, afwerken frame De gekromde houten liggers die het frame vormen hebben we gemaakt van twee gekromde planken naast elkaar. Om de illusie van een massieve ligger te creeren hebben de ruimte tussen de planken bekleed met kurk. Het kurk is soepel en kan dus makkelijk in de juiste vorm gebracht worden. Met behulp van lijm en nietjes hebben we de stukken kurk om het multiplex vastgezet.
Het hele frame hebben we in de beits gezet om het hout te beschermen en dichter bij de kleur van ons ontwerp te komen. We hebben meerdere lagen beits aangebracht en tussen de lagen steeds geschuurd om een glad oppervlak te krijgen.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 46
H8.8 BEGRENZING BOUWEN VAN HET PROTOTYPE, de zijarmpjes De eerder gemaakte zijarmpjes hebben we gebeitst en geschuurd. Om de schalen te sturen en te begrenzen hebben we gezorgd dat ze in de armpjes geleid worden. Hiervoor hebben we een sleuf in de armpjes gefreesd. Hierin glijd een pinnetje dat ervoor zorgt dat de schalen worden meegetrokken. Op de binnenste armpjes hebben we het tandwiel bevestigd dat zorgt voor de aandrijving. De armpjes hebben we nog 2 keer gebeitst en geschuurd, om deze zo glad mogelijk te krijgen en wrijving te voorkomen.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 47
H8.9 BEWERKING MAL BOUWEN VAN HET PROTOTYPE, afwerken van de mal Om ervoor te zorgen dat gefreesde mal uit PU blokken gebruikt kan worden als mal voor het polyester moet hij eerst bewerkt worden. De verschillende blokken hebben we met Patex montagekit aan elkaar gelijmd.
Het PU schuim is erg poreus. Om ervoor te zorgen dat het oppervlak glad en dicht wordt hebben we 2 componenten plamuur van polypox aangebracht. Door de dubbel gekromde vorm was dit een erg precies werkje.
Om de mal nog verder te dichten en ervoor te zorgen dat schalen en wax goed lossen uit de mal hebben we ook 2 componenten DD lak aangebracht. Deze lak is na droging een soort silliconen of rubber. Hierdoor krijgt de mal een harde en spiegelgladde afwerking.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 48
H8.10 POLYESTER SCHALEN Voor het maken van polyesterschalen zijn we als volgt te werk gegaan:
Het tamponeren van het keperweefsel in de lijm:
1. Het invetten van de mal met High temperature molding release wax. Dit moet 3 keer gebeuren om ervoor te zorgen dat de mal goed lost. 2. Het op maat knippen van het keperweefsel doormiddel van een passtuk. 3. Het mengen (op gewicht) van de harder en de epoxyhars. 4. Een eerste laag van het mengel aanbrengen op de mal. 5. Het keperweefsel in de lijm leggen en in de mal vormen. 6. Het weefsel in de lijm tamponeren. Smeren heeft geen zin, omdat dan de lijm niet tussen de vezels doordringt en het weefsel kan verschuiven. 7. Een nieuwe laag weefsel aanbrengen. 8. Een nieuwe laag lijm aanbrengen en ook deze in het weefsel tamponeren.
De schalen worden later op maat gesneden:
Het was de bedoeling om elke gemaakte schaal te gebruiken als mal voor de volgende. Hierdoor zouden de schalen precies in elkaar vallen en later over elkaar kunnen schuiven. Helaas bleek na het lossen van de eerste 2 schalen dat de schaal die rechtstreeks op de mal zat, niet goed loste. Daarom hebben we besloten om de eerste polyesterschaal als extra laag in de mal te laten zitten. Hierdoor moesten we wel afstappen van het idee van een mal in een mal.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 49
H8.10 POLYESTER SCHALEN De eerste polyesterschalen bleken tegen de verwachting in niet erg stijf te zijn. Wegens gebrek aan tijd konden we deze schalen niet overnieuw maken. Om te zorgen voor extra stijfheid hebben we verschillende manieren uitgeprobeerd. We hebben schalen gemaakt met: -
Verstevigen van de schalen met carbon:
Extra glasvezel ribben. Omgebogen randen. Extra lagen glasvezeldoek. Extra lijm Verstevigingen door carbon in veschillende richtingen te plaatsen.
Uiteindelijk bleek dat de schalen met de meeste stijfheid onderop lagen tijdens het polyesteren, waardoor de bovenliggende schaal als een contramal werkte. Ook zorgde het aanbrengen van ribben in de dwars richting van de schalen voor extra stijf- en stevigheid.
Schalen op verschillende manieren verstevigd:
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 50
H8.11 EINDRESULTAAT
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 51
NAWOORD Het werken met dubbelgekromde elementen was vrij onbekend terrein voor ons maar daarom ook erg interessant. Terugkijkend naar de 3D CAD modellen die we hebben gemaakt tijdens de zoektocht naar een realiseerbaar prototype hebben we vooral leren werken met de manier hoe je iets kan uitwerken in 3D maar altijd met in het achterhoofd de gedachte hoe iets aangedreven of gemonteerd moest worden. In CAD programma’s kan immers alles zweven en in de werkelijkheid hebben we te maken met de zwaartekracht. Beweging in CAD is ook een akelig punt doordat er geen grenzen zijn, een blokje kan dwars door een ander blokje schuiven zonder strubbeling. Daarom moesten we ook goed nagaan op welke manier ons element te openen en sluiten was. Zodoende kwamen we op het “Armadillo”, mechanisch oog principe. Juist de stap van digitaal prototype richting werkelijk prototype gaf ons de kans om te testen of alles zou werken zoals we hadden uitgetekend. Eigenlijk verliep het bouwen prima op de lange wachttijd van de freesmachine, hulp van andere TU faculteiten, de sterkte van Polyester en het geringe budget na. Het werken met polyester was voor ons onbekend terrein en jammer genoeg kregen we geen soelaas bij AeroSpace op de TU die eerst erg enthousiast waren maar zoch naderhand toch terugtrokken omdat ze ons budget erg klein vonden. De lange wachttijden op de freesmal waar we een maand op hebben gewacht en die uiteindelijk in 2 dagen gefreesd was hielpen dan ook niet erg mee met het ontdekken dat Polyester en keperglasweefsel in 2 lagen onvoldoende stijfheid aan de schalen gaven. Maar hierdoor hebben we wel meer geleerd over het werken met composieten, vezelrichtingen en het versterken van glasvezel door bijvoorbeeld carbon. Iets wat we niet verwacht hadden tijdens het project is dat er op de TU nauwelijks samenwerking is tussen de verschillende faculteiten, zelfs binnen de diverse masters van bouwkunde. Verder hebben we veel geleerd hoe we dingen die we bedenken en uitwerken in CAD in de realiteit kunnen maken. Het enige wat lastig is is het feit dat men afhankelijk is van anderen als men zelf geen voorzieningen in huis heeft zoals bijvoorbeeld de freesmachine. Wat we ook jammer vonden was het geringe budget dat we kregen voor een vrij ingewikkelde vorm die opgebouwd moest worden uit dure materialen waar we moeilijk op konden bezuinigen. Zodoende hebben we zelf 180,- euro in ons project gestopt bovenop het budget van 250 euro omdat we gewoonweg niet rond kwamen met de polyesterhars en glasweefseldoeken.
AR1B081
////
PRODUCT
DESIGN
////
BUILDING
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
////
C.
SLUI
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 52
BIJLAGE MAKROLON Productinformatieblad Mei 2003
Productinformatieblad Mei 2003
Makrolon® mono longlife. Polycarbonaatplaten.
Makrolon® mono longlife. Polycarbonaatplaten. Beschikbare afmetingen:
Uw voordelen:
Makrolon® mono longlife is in de diktes 2-15 mm en in de volgende maten verkrijgbaar. Andere maten en plaatdiktes zijn op verzoek verkrijgbaar.
uitstekende weersbestendigheid buitengewone slagvastheid goede brandclassificaties
Toepassingen: Makrolon® mono longlife is ideaal om buiten te gebruiken: • Overdekte oversteekplaatsen voor voetgangers • Tongewelven en lichtkoepels Makrolon®
mono longlife zijn heldere transparante polycarbonaatplaten die aan beide kanten van een uv-bescherming voorzien zijn. De perfecte keuze voor een lange levensduur door de goede weersbestendigheid. Deze prestaties worden door een garantie van 10 jaar voor weersbestendigheid en een garantie van 5 jaar voor onbreekbaarheid gewaarborgd.
Lichtdoorlaatbaarheid: Testmethode volgens DIN 5036
De vermelde diktes zijn niet allemaal standaard verkrijgbaar. Vraag om meer informatie. De vermelde waarden zijn richtwaarden.
Kleuren: clear 2099 white 2130 white 2150 bronze 2850 grey 2760 blue 2550 green 2650 Formaten (standaard): 2.050 x 1.250 mm 3.050 x 2.050 mm 6.110 x 2.050 mm
Lichttransmissie in %
2
3
4
5
6
8
10
12
15
Makrolon® mono longlife clear 2099
88
87
87
86
85
84
82
81
79
Makrolon® mono longlife white 2130
40
30
23
18
13
Makrolon® mono longlife white 2150
60
50
40
33
28
20
Makrolon® mono longlife bronze 2850
63
50
50
50
50
50
42
36
Makrolon® mono longlife grey 2760
62
55
49
43
34
26
Makrolon® mono longlife green 2650
77
73
71
68
62
Makrolon® mono longlife blue 2550
61
55
Brandgedrag:
Brekingsindex MECHANISCH Trekspanning Rek bij trekspanning Trekvastheid Rek bij breuk Elasticiteitsmodulus Grensbuigspanning Slagvastheid
THERMISCH Vicat-verwekingstemperatuur Warmtegeleidbaarheid Lin. therm. uitzettingscoëfficiënt Warmtevormbestendigheid ELEKTRISCH Doorslagvastheid Specifieke aanligweerstand Oppervlakteweerstand Diëlektriciteitsgetal Diëlektrische verliesfactor
Richtwaarden Eenheid Testmethode
na opslag bij normklimaat 23 °C/50% r. F. na opslag in water bij 23 °C tot verzadiging 20 °C
1,2 0,15 0,35 1,586
g/cm3 % % –
ISO 1183-1 ISO 62-4 ISO 62-1 ISO 489
Charpy zonder kerven Charpy gekerfd Izod gekerfd Izod gekerfd 1)
› 60 6 › 60 › 70 2400 ca. 90 zonder breuk ca. 11 ca. 10 ca. 70
MPa % MPa % MPa MPa kJ/m2 kJ/m2 kJ/m2 kJ/m2
ISO 527-2/1B/50 ISO 527-2/1B/50 ISO 527-2/1B/50 ISO 527-2/1B/50 ISO 527-2/1B/1 ISO 178 ISO 179/1fU ISO 179/1eA ISO 180/1A ISO 180/4A
procedure A: 1,80 MPa procedure B: 0,45 MPa
148 0,2 0,065 127 139
°C W/m °C mm/m °C °C °C
ISO 306 DIN 52612 DIN 53752-A ISO 75-2 ISO 75-2
kV/mm Ohm·cm Ohm
bij 103 Hz bij 106 Hz bij 103 Hz bij 106 Hz
35 1016 1014 3,1 3 0,0005 0,009
IEC 60243-1 IEC 60093 IEC 60093 IEC 60250 IEC 60250 IEC 60250 IEC 60250
procedure B50
Zuurstofindex (LOI)
PRODUCT
DESIGN
Norm DIN 4102
Groot-Brittannië Frankrijk
BS 476 part 7 NF P 92-501 & 505
Italië
CSE RF 2/75/A
BUILDING
Dikte ≥ 1 mm 1 mm 2, 4, 6, 8 en 12 mm 2–12 mm 3–5 mm 3–5 mm 1–12 mm 3–5 mm 2–10 mm dak 2–6 mm muur
Makrolon® mono longlife-platen vertonen een buitengewone weersbestendigheid die zelfs na vele jaren nog steeds slagvastheid garandeert. De platen werden in 1989 gelanceerd en werden sindsdien in een intensief testprogramma gecontroleerd, o.a. een verouderingstest in real time in de openlucht in een Zuid-Europees klimaat (Bandol), en in vochtige en warme gebieden (Florida, Singapore). Voor deze platen geldt een garantie van 10 jaar voor onbreekbaarheid en met een garantie op de optische eigenschappen.
Constante gebruikstemperatuur: De maximale constante gebruikstemperatuur bedraagt ca. 120 °C.
Kleur alle kleuren clear 2099 clear 2099 clear 2099 white 2150 bronze 2850 clear 2099 white 2150 alle kleuren alle kleuren
Weersbestendigheid Slagvastheid 80 70
Makrolon ® mono longlife
60 50 40
Standard PC
30 20 10 1
2
3
4
5
natuurlijke veroudering (jaren)
Technische informatie: De meest actuele gegevens vindt u steeds op onze website: www.makroform.com Makroform GmbH D-64293 Darmstadt Phone +49 (0) 61 51/183 90 00 Fax +49 (0) 61 51/183 90 07
Makroform is a Joint Venture between Bayer AG and Röhm GmbH & Co. KG
Makroform N.V.
Makroform op het Internet: www.makroform.com
B-8700 Tielt Phone +32 (0) 51/42 62 00 Fax +32 (0) 51/42 62 02
Makroform S.p.A. I-20156 Milano Phone +39 02/39 23 15 1 Fax +39 02/39 23 15 643
////
Klasse B2 B1 Class 1Y M2 M2 M2 F1 F1 Klasse 1 Klasse 1
Weersbestendigheid:
Produktverantwoordelijkheidsbepaling: De informatie en ons technisch advies – zij het verbaal, schriftelijk of proefondervindelijk – wordt gegeven in goed vertrouwen en naar best vermogen, maar houdt geen garantie in, ook niet wat betreft eventuele beschermende rechten van derden. Ons advies ontslaat u niet van de plicht de verschafte informatie te verifiëren – vooral die informatie die wordt vermeld in de veiligheids- en technische informatie – en de geschiktheid van onze producten te testen voor elke specifieke bewerking en gebruik. De toepassing, het gebruik en de verwerking van onze producten en de producten door u vervaardigd op basis van ons technisch advies bevinden zich buiten onze controle, en zijn bijgevolg volledig uw eigen verantwoordelijkheid. Onze producten worden verkocht in overeenstemming met de meest recente versie van onze algemene verkoops- en leveringsvoorwaarden. MF 0112 n
////
Land Duitsland
NF F 16-101 & 102
De mechanische eigenschappen werden berekend voor plaatmateriaal met een dikte van 4 mm, resp. 3 mm(1).
AR1B081
28 % ISO 4589-2 procedure A
Total energy absorption (J), ASTM D3763 verouderde kant boven (Plaat van 4 mm)
FYSISCH Dichtheid Vochtigheidsopname
Proefvoorwaarden
THE
PROTOTYPE
////
29-06-2010
E-Mail: sales@makroform.com Makrolon® is een geregistreerd merk van Bayer AG
////
C.
SLUI
THE LONG-TERM-PARTNER
&
P.
VAN
LUIJN BLZ. 53