Daniela Gerner, ELEVATION, Bachelor Object Design 2022 by Hochschule Luzern

DOKUMENTATION elevation BACHELORARBEIT 2022 DANIELA GERNER

Hochschule Luzern – Design & Kunst Objektdesign 6. Semester Dokumentation Bachelorarbeit 2022 Mentorat: Andreas Saxer Fachmentorat: Philipp Eigenmann, Keramik Werkstatt Schaedler AG Mentorat schriftlich: Prof. Dr. Dagmar Johanna Steffen

EINLEITUNG Ein Grossteil unseres Alltags verbringen wir in Innenräumen. Es ist eine von uns kreierte Atmosphäre - ein Gebäude, ein geschlossener Raum, der einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf unser Wohlbefinden hat. «elevation» ist ein Paperclay-Luftbefeuchter, welcher für die Regulierung der Feuchtigkeit in räumlichen Umgebungen entwickelt wurde. Das Objekt nimmt durch Kapillarwirkung permanent Wasser auf und verdunstet es durch seine Poren. Die Implementierung von Pflanzen wirken unterstützend und tragen einen wesentlichen Teil zur Optimierung des Raumklimas und des Wohlbefindens bei.

ZIEL DER ARBEIT Das Ziel der Arbeit ist es, eine alternative Art zur Verbesserung des Raumklimas mit Hilfe von natürlichen Materialien wie Keramik, zu erarbeiten. Dabei soll die Funktion durch Kapillarwirkung und Verdunstung gegeben werden. Keramik ist ein natürliches Material, welches seit jeher in verschiedenen Anwendungen zur Regulierung von Feuchtigkeit oder Temperatur eingesetzt wird. Die Funktion kann durch das Prinzip der Kapillarität im Zusammenspiel mit bestimmter Oberflächenstruktur beschrieben werden. Damit dieses physikalische Prinzip auf ein Objekt angewendet werden kann, muss sich mit den verschiedenen Arten von Keramik und deren richtigen Zusammensetzung auseinandersetzt werden. In einem weiteren Schritt möchte ich mich mit der Form, der Wanddicke und der Oberflächenbeschaffenheiten des Elements auseinandersetzen, welche berücksichtigt werden muss, um die Aufnahme des Wassers und zugleich die Verdunstung zu optimieren. Es liegt ein grosses Interesse darin, luftreinigende Pflanzen und die Thematik der Hydrokultur mit in das Objekt einfliessen zu lassen. Spezifisch ausgewählte Pflanzen haben die Eigenschaft Kohlendioxid aus der Umgebungsluft zu filtern und zu binden. Mit einer solchen Erweiterung wird das grösstmögliche Potential aus dem Produkt geschöpft.

RECHERCHEPHASE

Die Auseinandersetzung mit den Themenbereichen der Luftbefeuchtung, der Raumklimaregulierung, der Verdunstung, der Kapillarwirkung sowie der Pflanzen hat mich bei meiner ersten Recherchephase und der Verfassung der schriftlichen Arbeit stetig begleitet. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse konnten bedeutsame Stichpunkte formuliert und anschliessend gruppiert werden. Dadurch wurden Verknüpfungen zwischen den Themenbereichen ersichtlich. Noch ohne zu wissen, in welche Richtung sich das Objekt entwickeln würde, versuchte ich ein Verständnis für die Möglichkeiten und Herausforderungen zu erlangen. Das Wissen über die Verdunstung, die Kapillarwirkung sowie über Pflanzen nahm eine wichtige Rolle in meinem Design Prozess ein. Dabei stellte sich die Frage, wie diese Themengebiete zu einem Objekt erarbeitet werden können.

Recherchebilder Quelle: Google

FACHINTERVIEWS

Miriam Köpf, Greenteriordesign Phyllis Quelle: phyllis.de

Peter Enz, Leiter Botanischer Garten Quelle: Webseite Botascher Garten ZH

Olaf Egner, 3D-Druck Keramiker Quelle: seremik.ch

Samuel Bulgarelli, Leiter Vertrieb Hydroplant AG Quelle: hydroplant.ch

VERSUCHE KAPILLARWIRKUNG Was wird unter Kapillarwirkung verstanden und wie funktioniert diese? Im Alltag kommen wir oft mit diesem Prinzip in Berührung, ohne dass wir dies bewusst wahrnehmen. Wasser wird je nach Struktur des Materials, durch die feinen Zwischenräume der Zusammensetzung durch das Material transportiert und schafft so eine feuchte und kühle Oberfläche. Das Material saugt sich kontinuierlich mit Wasser voll und gibt dieses an die Umgebungsluft ab. Um zu verstehen, wie die Kapillarität je nach Oberfläche funktioniert, habe ich verschiedene Materialien untersucht. In einem ersten Schritt habe ich in den Werkstätten Restmaterialien gesammelt. Anschliessend wurden die verschiedenen Materialien – von Holz bis Papier, hin zu Kunststoff, Textilien, Gips, Ton, Baumwolle und Schwämme – in eingefärbtes Wasser gestellt und nach 10 bis 20 Minuten rausgenommen. Durch die Farbe im Wasser wurde die Wirkung, die durch die Kapillarwirkung herbeigeführt wurde, ersichtlich. In einem nächsten Schritt fing ich an grössere Elemente mit verschiedenen Oberflächenbeschaffungen zu testen. Die Untersuchung lieferte interessante Resultate und ermöglichte einen spielerischen Einstieg in die Thematik.

VERSUCH SEILE KAPILLARWIRKUNG

Bei diesem Versuch wurde angestrebt, das Wasser mittels Seile zu den Tonstücken zu transportieren und dadurch die Funktion der Kapillarwirkung als Verlängerung zu untersuchen. Es dauerte zwei Tage, bis sich die Seile mit Wasser vollgesogen haben und je nach Material der Seile hat es besser oder weniger gut funktioniert. Da ich in dieser Recherchephase noch nicht genau wusste, wie mein Objekt aussehen sollte, stellte dies eine geeignete Möglichkeit dar, verschiedene Wege der Wasserzufuhr auszuprobieren und zu testen.

VERSUCH TONTOPF VERDUNSTUNG

Um die Verdunstung bei Ton zu untersuchen, entschied ich mich herkömmliche Terrakotta Blumentöpfe zu verwenden. Um eine Übersättigung des Tones zu erreichen, habe ich das vorhandene Loch im unteren Bereich des Topfes geschlossen und den Topf anschliessend mit Wasser gefüllt. Nach etwa zwei Stunden machten sich Tropfen an der äusseren Wand des Topfes bemerkbar. Dies war ein klares Zeichen der Verdunstung durch die Keramik und somit der Aufnahme des Wassers. So stellte sich für mich die Frage, wie die technischen Eigenschaften des Tones aussehen und warum sich der gebrannte Ton mit Wasser vollsaugt.

VERSUCH EVAPORATION TRANSPIRATION

10 MIN

60 MIN

90 MIN

Die Integrierung von Pflanzen stellt ein wichtiges Element in meiner Arbeit dar, weshalb ich sie als Funktionswesen in diesem Versuch genauer untersucht habe. Mittels der sogenannten Stomata sind Pflanzen in der Lage, Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid in Glucose und Sauerstoff umzuwandeln. Die Glucose wird von Pflanzen benötigt, um zu wachsen. Der Sauerstoff ist dabei ein für die restlichen Lebewesen essenzielles Nebenprodukt, welches für uns schliesslich ebenfalls lebensnotwendig ist. Je nach Intensität der Lichtstärke oder der Temperatur kann dies zu einer Steigerung der Photosynthese-Rate führen. Für diese Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie ist die Lichtabsorption durch die Pigmente der Pflanze zuständig; je nach Blattwerk und Blattfarbe kann diese Absorption unterschiedlich auf das Wirkungsspektrum der Photosynthese Einfluss nehmen. Durch kontinuierlichen Wassernachschub, der durch die Wurzel aufgenommen wird, können Pflanzen das Wasser durch die Blätter wieder verdunsten. Dieser Versuch, inspiriert vom Wardscher Kasten, hat die Verdunstung von Pflanzen in einem geschlossenen Raum aufgezeigt. Aus der Theorie abgeleitet, bestätigte sich nach einer Stunde diese Annahme. Als zusätzliche Messung habe ich ein Hydrometer in die Kiste gestellt, um den Unterschied der Luftfeuchte zu analysieren. Nach 10 Minuten zeigte dieser 34 Prozent Luftfeuchtigkeit, nach 60 Minuten 72 Prozent und nach 90 Minuten 91 Prozent. Die Verdunstung war auch nach 90 Minuten ersichtlich und beim Öffnen der Box konnte eine klimatische Veränderung bemerkt werden.

VERSUCH INFRAROTKAMERA PFLANZEN

Wie wirkt sich die Verdunstung durch Keramik und Pflanzen auf den Raum aus? Und was kann man mit blossem Auge nicht sehen? Mit einer Infrarotkamera ergab sich die Möglichkeit, genau zu sehen, wie sich die Kühlung verhält und wie sich die Pflanzen und der Ton dem Raum anpassen. Thermografie ermöglichte bei diesem Versuch eine für das menschliche Auge nicht ersichtliche Darstellung von Wärmestrahlung und Temperaturverteilung auf Gegenstände. Nebst dem Versuch mit der Pflanze habe ich verschiedene Tonarten in Wasser gestellt, um mit der Wärmebildkamera die progressive Aufnahme des Wassers visuell aufzuzeigen. Für mich war der Einsatz dieser Kamera bedeutsam, denn es war nicht immer von blossem Auge ersichtlich, wie viel Wasser manche Proben bereits aufgenommen hatten. Da ich zuvor nicht oft mit Keramik gearbeitet hatte, gab mir dieser Test erste Anhaltspunkte, welche Tonarten potenziell für die Verdunstung funktionieren könnten. Dies war der erste Schritt in die Materialforschung, die zu einem späteren Zeitpunkt vertieft werden sollte.

VERSUCH INFRAROTKAMERA KERAMIK

0 MIN

20 MIN

30 MIN

60 MIN

VERSUCH WEINLAGERSTEIN Bekanntlich sind Weinkühler aus Keramik so konzipiert, dass sie durch die Beschaffenheit des Tones und das Befeuchten mit Wasser eine kühlende Wirkung haben. Deshalb stellte ich zwei davon in Wasser. Einer der Tonziegel wurde dabei mit Blähkugeln gefüllt, während der andere keinen Inhalt hatte. Die Integrierung von Blähkugeln wurde mit der Absicht gemacht, um herauszufinden, ob sie der Wasserspeicherung zugutekommen würden und die Verdunstung positiv beeinflussen. Es stellte sich heraus, dass der Unterschied nicht signifikant war, jedoch eine gleichmässig verteilte Kühlung gewährleistet wurde. Dieses Ergebnis hat gezeigt, dass die Haltung von Pflanzen in Hydrokultur geeignet ist, um im Endobjekt verwendet zu werden.

MATERIALRECHERCHE MIT AMANDINE VOILLAT

Nach der ersten eigenen Recherche und durchgeführten Versuchen, haben Amandine und ich beschlossen eine gemeinsame Materialrecherche durchzuführen. Da unsere Bachelorarbeiten ähnliche Aspekte in Bezug der Materialität aufweisen, war es für uns der richtige Schritt, gemeinsam nach Lösungen zu suchen. Wir verfolgten dabei das Ziel, verschiedene Tonarten aufgrund ihrer technischen Spezifikationen auszuwählen und auf ihre Wasseraufnahme zu untersuchen. Zudem fügten wir Fremdmaterial wie Zellulose, Pflanzen, Heu, Kerne und Sägemehl bei, um durch das Ausbrennen dieser im Brand eine höhere Porosität zu erreichen. Jede von uns hat sich von den Erkenntnissen der Experimente für eine Tonart entschieden. Meine erste Wahl fiel auf den Steingutton 033 mit der Zumischung von 6 Prozent Zellulose. Dieser Entscheid wurde jedoch nach der Auseinandersetzung mit den Herstellungsmöglichkeiten angepasst. Nach Absprache mit meinem Fachmentor Philipp Eigenmann von der Keramik Schädler AG, entschied ich mich eine Giessmasse zu benutzen, die von den technischen Daten der 033 Giessmasse entspricht und sich zugleich in der Bearbeitung bereits über mehrere Jahre bei ihnen im Betrieb bewährt hat. Die ganze Materialrecherche und weitere Eindrücke sind hier ersichtlich.

SKIZZEN

CAD STRUKTUR OBERFLÄCHEN

VON ERDKULTUR ZU HYDROKULTUR

Die Implementierung von Pflanzen hat nicht bloss einen ästhetischen Aspekt, sondern weit mehr einen funktionalen. Wie bereits erwähnt, können Pflanzen durch die Photosynthese Sauerstoff produzieren. Hydrokultur ist eine bekannte Form, die durch ihre äusserst hygienische Art auch in Krankenhäusern und Büros verwendet wird. Dabei handelt es sich um nichts anderes als eine Wasser-Anzucht. Die Haltung von Pflanzen in Wasser vereinfacht die Handhabung und unterstützt die Verdunstung durch ihre Wasserwurzeln zusätzlich. Ebenso bilden Pflanzen im Wasser kleinere Wurzeln und können so länger im Topf bleiben, ohne sie in einen grösseren umstellen zu müssen. Ich habe hierzu zwei Versuche durchgeführt. Dabei habe ich eine Pflanze direkt im Wasser gezüchtet, während ich die andere von Erdkultur auf Hydrokultur gewöhnt habe.

GIESSMASSE UND ZELLULOSE TEST

Wie bereits angesprochen, hat sich nach einem Mentoratsgespräch ergeben, dass die Herstellung durch Giessen gut zu meinen Vorstellungen passen würde. So fing für mich eine erneute kurze Materialrecherche an, da bei der vorherigen Gruppenrecherche ausschliesslich Tonmassen untersucht wurden. Wie bereits zuvor, bestand der erste Versuch darin, die Zellulose im Wasser mit einem Mixer klein zu machen und dem Ton beizumischen. Dieser Versuch scheiterte, denn die Masse wurde schwer und klumpig und bildete sich zu einer ungiessbaren Masse. So entstand die Idee, die Zellulose ohne Wasser in einem geschlossenen Mixer klein zu machen und diese nach und nach beizumischen, bis die gewünschten 6 Prozent erreicht wurden. Die trocken gemixte Zellulose liess sich einfach beimischen und konnte deutlich besser gegossen werden. Die Giessmasse der Keramik Werkstatt Schaedler AG enthält «effektive Mikroorganismen», welche natürliche Mikroorganismen wie Fotosynthesebakterien, Milchsäurebakterien und Hefen beinhalten. Diese tragen dazu bei, pathogene Organismen zu unterdrücken und die natürliche Mikroflora zu regenerieren. Ebenso wirken diese antioxidativ auf ihre Umgebung und befreien Wasser von Verunreinigungen.

MODELLE

Abgeleitet aus den Skizzen wurden zwei Modelle 1:1 aus Karton hergestellt. Die Modelle ermöglichten es, die Dimensionen und die verschiedenen Ebenen sowie die Proportionen zu definieren. Das Gitter wurde so vermasst, dass der Abstand verschiedene Grössen von Wasserpflanzen zulässt. Die Komposition von Pflanzen und Objekt konnte so ebenfalls betrachtet werden. Um mehr Oberflächen zur Verdunstung zu generieren, versuchte ich eine Wand zu integrieren, welche jedoch in der Herstellung und in der Statik kompliziert in der Umsetzung war. So lag der Fokus auf den drei Zylindern und der grossen Wasserwanne. Mein Ziel war es, eine gestalterische Lösung zu finden, die nicht an einen klassischen Topf erinnert und die Funktion des Objektes offenlässt. Es sollte zu einem dekorativen Objekt neigen, dass beiläufig die Luftverhältnisse im Raum besser macht.

FORMENBAU CNC

In einem weiteren Schritt ging es um die Herstellung der Positiven für die Gipsformen, die zu einem späteren Zeitpunkt gegossen werden sollten. Mit der CNC-Fräse wurden 5cm dicke Scheiben aus Hartschaumstoff gefräst, die anschliessend aufeinander geklebt wurden. Bei dem positiven Modell musste die Schwindung von insgesamt sechs Prozent dazu gerechnet werden. Da die Zylinder einen Zwischenboden haben, um die Pflanze zu halten, wurden je nach Zylinder zwei Teile separat gegossen. Der Boden der beiden Formen würde dann aneinander garniert werden und den Zwischenboden ergeben. Es wurde eine weitere Form ausgefräst, welche den Aspekt der Verdunstungsoberfläche durch ihre Form bereichern konnte. In einem weiteren Mentorat haben wir uns jedoch dagegen entschieden, da die Herausforderung des Giessens mit Paperclay-Masse aufgrund der Dimensionen der Zylinder genug gross war.

FORMENBAU GIPS

Für die Herstellung der Gipsformen, durfte ich die Infrastruktur der Keramikwerkstatt der Keramik Schaedler AG nutzen. Fachexperten haben mich während des gesamten Prozesses unterstützt und beraten. Dies ermöglichte es mir, bereichernde Erkenntnisse zu generieren und einen vertieften Einblick zubekommen. Da es sich um grosse Formen handelte, musste intuitiv und präzise gearbeitet werden. Ein grosser Vorteil meinerseits war es, dass ich in manchen Situationen ohne tiefe Grundkenntnisse der Materie rudimentäre und einfache Lösungen vorschlagen konnte. In ein Unternehmen zu kommen, in der solche Projekte eine Seltenheit sind, führte das Projekt zu Neugier und Freude bei den Mitarbeitenden. Dies hat mir verdeutlicht, wie wichtig der Austausch mit Fachpersonen ist und wie viel daraus erlernt werden kann.

HERSTELLUNG WASSERWANNE

Anfangs war die Herstellung der Wanne ebenfalls durch Giessen der flüssigen Masse geplant. Die Herstellung musste jedoch kurzfristig vor Ort neu konzipiert werden, da die Grösse der Wanne dieses Herstellungsverfahren nicht zuliess. So wurde die Wand wie bei der Herstellung von Kacheln extrudiert und in die Gipsform von Hand reinverarbeitet und geformt. Die aus Gips hergestellte Form konnte in diesem Fall dennoch als Negative benutzt werden. Für die Wanne wurde anders als bei dem anderen Zylinder mit eine schamottehaltige Tonmasse gearbeitet und die Wanne musste über zehn Tage langsam trocknen. Da die Wanne dicht sein musste, konnte hier keine Zellulose eingearbeitet werden und musste zusätzlich noch glasiert werden. Einen Tag vor dem Brand entschieden wir uns, den Brand um einen Tag zu verschieben und die Wanne sowie die Zylinder bei 80 Grad eine Nacht lang im Ofen ein letztes Mal zu trocknen.

GIESSMASSE VORBEREITEN

Bei der Vorbereitung der Giessmasse rechnete ich vorab das Volumen der Zylinder aus, um abzuschätzen wie viel Zellulose benötigt wurde, um alle Zylinder zu giessen. Der Prozess, der mit Hilfe eines Mixers stattgefunden hatte, musste für insgesamt 22 Liter gemacht werden. Ich mischte mit Hilfe eines Mitarbeitenden 6 Prozent Zellulose in die Giessmasse ein und goss die Gipsformen. Die Giessmasse blieb beim ersten Versuch 1,5 Stunden in der Form und wurde anschliessend langsam rausgeholt. Die Wanddicke betrug rund 5mm, was deutlich zu wenig war und die Gefahr des Brechens bei der Nachbearbeitung und dem Brand erhöhte. Ich entschied mich dennoch dieses Risiko einzugehen und die Zylinder im Feuchtraum zwei Tage trocknen zu lassen. Während dieser Zeit habe ich die Gipsformen zum Trockenen auf den Ofen gestellt und zwei Tage später erneut gegossen. Dieses Mal blieb die Giessmasse 2.5 Stunden in der Gipsform, was der Wanddicke zugutekam.

GIESSEN DER ZYLINDER

NACHBEARBEITEN GARNIEREN TROCKNEN

Die Nachbearbeitung der Zylinder erforderte Feingefühl und Fachwissen, weshalb ich mit Hilfe einer Keramikerin die zwei Hälften von jedem Zylinder zusammen garniert habe. In diesem lederharten Zustand wurde der Ausguss für das überschüssige Wasser ausgeschnitten. Anschliessend wurden die Zylinder erneut für drei Tage in den Feuchtraum gestellt. Eine langsame Trocknung musste gewährleistet werden, um die zusammengesetzte Fläche ohne Risse oder Spaltungen trocknen zu lassen.

960O

Um die gewollte Wasseraufnahme durch den Ton zu erreichen, durften die Zylinder nur im Niederbrand gebrannt werden. Deshalb mussten sie getrennt von der grossen Wanne gebrannt werden. Da die ersten Zylinder wie bereits erwähnt sehr dünn waren und die grosse Wanne im Idealfall zehn weitere Tage hätte trocknen sollen, war das Ergebnis ungewiss. Auch in Bezug auf die Schwindung konnte nur darauf gehofft werden, dass die Zylinder noch hineinpassen würden. Nach zwei Tagen konnten die Teile ganz aus dem Ofen genommen werden.

ZWISCHENWAND UND GITTER

Aufgrund der Dimensionen der grossen Wanne und des damit verbundenen Risikos im Ofen, habe ich mich nach einer Absprache mit meinem Fachmentor dafür entschieden, keine fixe Trennwand zu integrieren. Der Fokus lag in diesem Moment darauf, die Objekte ganz aus dem Brand zu bekommen. Diese Entscheidung hat sich im Nachhinein als optimale Lösung erwiesen, da die Wanne beim Trocknen von 59cm Durchmesser auf 53cm Durchmesser geschrumpft ist. Diese Trennwand konnte ich wie die Zylinder ebenfalls bei 960 Grad brennen und somit eine zusätzliche Wasseraufnahme gewährleisten. Die Implementierung des Gitters hat sich erst nach dem Brand ergeben. Die grosse Wanne wurde für die Dichtefunktion glasiert, wodurch ich Gittervariationen bereit hatte, um dann passend zu der Farbe und der Ästhetik eine Entscheidung zu treffen. Die Masse habe ich mit Berücksichtigung der Schwindung vorab ausgerechnet und ausgelasert.

DANKE Ich möchte allen Personen danken, die an diesem Projekt und dieser Reise beteiligt waren. Ohne die Unterstützung von Familie und Freunden wäre dies nicht möglich gewesen. Besonderen Dank an: _Die Infrastruktur und Werkstätten der HSLU Design & Kunst _Keramik Werkstatt Schaedler AG _Philipp Eigenmann _Andreas Saxer _Prof. Dr. Dagmar Steffen _Philip Maag _Leah Martz _Amandine Voillat