4 Season Adventure Cel Technische studie rond het daksysteem met vaste wanden, gebouwd op een Adventure Cel

Transcriptie

1 4 Season Adventure Cel Technische studie rond het daksysteem met vaste wanden, gebouwd op een Adventure Cel PROJECT AANGEBODEN DOOR VOOR HET BEHALEN VAN DE GRAAD VAN BACHELOR INDUSTRIEEL PRODUCTONTWERPEN HOWEST ACADEMIEJAAR

2 Dankwoord Wanneer u dit dankwoord aan het lezen bent, betekent dit dat mijn eindwerk afgerond is. Het waren zeer intensieve maar interessante maanden waarin ik zeer veel heb geleerd, zowel op het vlak van ontwerpen als op persoonlijk vlak. Gedurende dit eindwerk heb ik van vele mensen steun en hulp mogen ontvangen. Als eerste wil ik dan ook graag dhr. Johan Taveirne bedanken voor zijn engelengeduld, gouden raad en technische ondersteuning. Zonder hem had ik dit eindwerk nooit kunnen realiseren. Ook wil ik mijn docenten van HOWEST en in het bijzonder mijn mentor dhr. Jurgen Ceuppens bedanken. Zij gaven me nieuwe inzichten, duwden me bepaalde richtingen in of stuurden bij waar het nodig was. Ik kon steeds op de steun van mijn ouders, vrienden en familie rekenen. Het luisterend oor, de diepgaande vragen, hun mening en verbeteringen hebben het eindresultaat zeker mee bepaald. Als laatste wil ik mijn persoonlijke fotografe en vriendin bedanken. Dankzij haar foto s en grafische talenten werd dit dossier voorzien van enkele mooie en verklarende beelden. Ook het nalezen en verbeteren van dit werk nam zij voor haar rekening. HARTELIJK BEDANKT! juni 2016 Eindwerk 2

3 Inhouds opgave TAVEIRNE MOBIL 4 Project 6 Doelgroep 8 Marktonderzoek 10 Concepten 14 Capita Selecta 18 Ontwerpaanpassingen 20 Materiaalstudie 22 CAD 24 Prototyping 28 Eindresultaat 40 Bronvermelding 44 Bijlagen 45 Eindwerk 3

4 TAVEIRNE MOBIL TAVEIRNE MOBIL is een klein bedrijf dat avontuurlijke reisvoertuigen op maat van de klant produceert. Dit wordt gedaan op elke schaal: aanhangwagens, pickup trucks en grote vrachtwagens behoren allemaal tot de mogelijkheden. TAVEIRNE MOBIL is gelegen te Nevele. Hier beschikt het bedrijf over een groot atelier met alle nodige machines, een ontvangstruimte voor de klanten, een kleine showroom en burelen op het eerste verdiep. Johan Taveirne is de zaakvoerder en tevens de enige werknemer. Hij spendeert de grote meerderheid van zijn tijd in het atelier waar hij al het werk quasi alleen klaart. Deze klanten worden verder geadviseerd en alle gewenste technische componenten kunnen aangekocht worden als losse units. Om een breder gamma aan te bieden, werkt TAVEIRNE MOBIL samen met het Duitse bedrijf Tischer Freizeitfahrzeuge. Dit bedrijf levert kampeercellen die op een pickup jeep geplaatst kunnen worden. In nauwe samenwerking met de klant maakt hij alle plannen op en maakt duidelijke afspraken. Hierbij heeft de klant een ruime keuze aan mogelijke afwerkingen, technische componenten, materialen en indeling. Ook kunnen de klanten een lege cel of woonunit laten bouwen op hun basisvoertuig waarna zij dan zelf verder instaan voor de afwerking binnenin. CONTACT: Biebuyckstraat 15C B-9850 Nevele Tel (0) Fax ++32 (0) info@taveirnemobil.be Eindwerk 4

5 Eindwerk 5

6 Project Ontwerp een systeem waarbij de bestaande Adventure Cel onder elke weersomstandigheden operationeel blijft en maak de Adventure Cel nog praktischer. Zo luidde de opdrachtstelling wanneer het project van start ging. Op het bestaande prototype moest een systeem komen dat de cel beter thermisch isoleert zodat deze ook gebruikt kan worden tijdens de wintermaanden of op koude bestemmingen. Het huidige model beschikt over een tentstof dat dienst doet als zijwanden wanneer het dak opengesteld staat. Deze stof biedt een hoge flexibiliteit en heeft een licht gewicht, maar is thermisch niet goed isolerend. Hierdoor kan de cel niet comfortabel gebruikt worden tijdens de wintermaanden of in koudere klimaten. De eisen die aan het nieuwe systeem gesteld worden zijn de volgende: - thermisch zeer sterk isolerend - geen aanwezigheid van koudebruggen - water- en winddicht - lichtgewicht - eenvoudige bediening - kostprijs maximum optioneel aan te bieden Naast het ontwerpen van het daksysteem, is het huidige product nog vatbaar voor aanpassingen en verbeteringen. Hierover dient er ook nagedacht te worden doorheen het hele proces. Eindwerk 6

7 Er werden reeds 3 prototypes gemaakt van de Adventure Cel. Slechts het derde en laatste model wordt nu tekoop aangeboden. Het is op dit model dat we verder werken om het nieuwe daksysteem toe te passen. Het huidige prototype werd opgebouwd uit een aluminium frame en vaste zijwanden uit Ecofont. Dit is een isolerend plaatmateriaal dat bestaat uit een polyesterlaag, een isolerende PET-laag en opnieuw een polyesterlaag. Dit materiaal is naast zijn uitstekende isolerende capaciteit ook enorm duurzaam en bestendig tegen alle weersomstandigheden. De sterkte van de wooncel komt vanuit het aluminium frame. Dit zijn verschillende profielen die aan elkaar gelast worden. De panelen worden op hun beurt verlijmd in het frame. Dit wordt gedaan met de lijm Sikaflex. Dit is een zeer resistente lijm die na uitharding even sterk is als een lasverbinding, met bovendien een kittende functie. is, plooit deze stof naar binnen. De stof geeft het systeem een grote flexibiliteit maar biedt weinig bescherming tegen de koude omstandigheden. Over de volledige cel worden koudebruggen bestreden. Dit wordt op twee manieren gedaan: enerzijds door het ontwerp van de profielen aan te passen, anderzijds door isolerend materiaal toe te voegen. Hiervoor bestaan er speciale zelfklevende rubberen matten. Een volledige wooncel bezit ook nog een aantal technische componenten zoals een batterij, een batterijlader, teen omvormer, een watertank, een waterpomp en een frigo. In het kader van dit eindwerk wordt er niet gefocust op deze technische componenten. Het huidige daksysteem bestaat uit een textiel dat bij het openen van het dak de zijwanden vormt. Wanneer het dak gesloten Eindwerk 7

8 Doelgroep Vaak hebben deze mensen reeds enige reisen kampeerervaringen en willen ze graag de rest van de wereld ontdekken op een budgetvriendelijke maar comfortabele manier. Het is moeilijk een eenduidige doelgroep te omschrijven voor de Adventure Cel. De Adventure Cel is een product dat kan gebruikt worden door twee mensen tegelijk. De meeste mensen trekken er dan ook met hun partner op uit. Tijdens hun reizen willen ze veel zaken zien en beleven. Daarom willen ze op zo n flexibel mogelijke manier onderweg zijn. Wanneer de dag op zijn einde loopt, verwachten ze echter wel een comfortabele set-up waarbij ze in gezellige sfeer kunnen genieten en uitrusten voor de volgende drukke dag. Hierbij verwachten ze geen al te hoge luxe maar eerder back to basic. Ze gebruiken enkel wat ze nodig hebben. Deze manier van reizen vraagt dan ook ook enige vorm van flexibiliteit van de reiziger. Twee groepen passen in het profiel van de Adventure Cel. Enerzijds gaat het om welgestelde jongere koppels die niet geïnteresseerd zijn in een luxueuze motorhome maar wel het nodige comfort mee willen nemen op hun reizen. De mogelijkheid om hun dagdagelijks voertuig om te toveren tot volwaardig reisvoertuig is voor hen de doorslaggevende factor. Ook de toegankelijkheid en de mogelijkheden van de Adventure Cel zijn voor hen belangrijke eigenschappen. Een andere groep zijn de zogenaamde empty nesters. Dit zijn mensen waarvan hun kinderen het huis uit zijn waardoor ze nu meer tijd en financiële middelen hebben om hun droom, die jaren heeft moeten wachten, uit te voeren. Vaak hebben deze mensen reeds enige reis- en kampeerervaring en willen ze graag de rest van de wereld ontdekken op een budgetvriendelijke maar comfortabele manier. Ze zoeken bewust naar plaatsen waar de meeste toeristen niet komen om zo een authentiek beeld te kunnen scheppen van het land dat ze bezoeken. In het dagdagelijkse leven zijn deze reizigers steeds bezig. Ze zijn geëngageerd voor hun maatschappij en omgeving. Ze houden van simpele en logische dingen die hun leven gemakkelijker maken maar overdrijven daar niet in. Eindwerk 8

9 Eindwerk 9

10 Markt - onderzoek Na onderzoek en feedback vanuit de industrie blijkt dat een soortgelijk product, dat gebruik maakt van vaste dakwanden en een pop-up dak, nog niet courant op de markt is voor afzetbare units. Als eerste werd er het internet doorzocht. De modellen die in hetzelfde gebied kwamen als de Adventure Cel werden bewaard op een pinterest board. Als belangrijkste producenten van offroad motorhomes werden de volgende bedrijven gevonden: Unicat EarthRoamer Bocklet Fahrzeugbau EarthCruiser Bimobil GXV... Wanneer we dit op een grafiek plaatsen krijgen we onderstaand resultaat. Er bestaan verschillende daksystemen op de markt. De meeste systemen maken echter gebruik van een textiel als zijwand wanneer het dak zich in open positie bevindt. Sommige producten maken gebruik van een vreemde snijlijn en geometrie om zo extra ruimte te creëren. Andere maken gebruik van uitschuifbare systemen. Een derde optie is om de opbouw zo groot te voorzien dat er geen nood meer is aan een uitschijfbaar of scharnierend dak. Dit zorgt echter voor heel erg grote en lompe voertuigen die weinig praktisch zijn bij offroad gebruik. Eindwerk 10

11 Eindwerk 11

12 Naast een onderzoek naar bestaande kampeerwagens en hun daksystemen, werd er ook gezocht naar andere producten die in vorm en volume veranderen. Als eerste voorbeeld werd de zogenoemde Klapkrat gevonden. Dit product maakt gebruik van vouwlijnen over de volledige lengte heen om zo van een kubusvorm naar een vlakke plaat te gaan. Cargoshell maakt gebruik van dit principe om hun zeecontainers eenvoudig te transporteren. In de origami vindt men veel structuren die door simpele vouwbewegingen van vorm en volume kunnen veranderen. Sommige producten maken gebruik van hun materiaaleigenschappen om van vorm te veranderen. Elasticiteit, flexibiliteit en rekbaarheid zijn daarbij de belangrijkste. Hiervan is bathboard een voorbeeld. Het is ook mogelijk om een vast materiaal extra flexibiliteit te geven door bijvoorbeeld enkele ondiepe sneden te voorzien waardoor er een buiging mogelijk wordt. Ook in woningen wordt vaak gebruik gemaakt van technieken om het interieur zo praktisch mogelijk in te delen. Verschuifbare wanden en meubels spelen hier een belangrijke rol, alsook de indeling van de woning. Bepaalde combinaties kunnen de woning een ruimer gevoel geven zonder fysiek meer ruimte te voorzien. Eindwerk 12

13 Eindwerk 13

14 Concepten Als eerste werd de manier om het dak te openen bepaald. Hierbij stonden interne ruimte, afsluiting en stormvastheid centraal. Daarna werden er enkele concepten bedacht, steeds met bovenstaande criteria in gedachten. Nadat het doelgroep- en marktonderzoek een aantal zaken verduidelijkt heeft, werden er enkele concepten bedacht. Het werd echter al snel duidelijk dat een eerste beslissing genomen moest worden: welk systeem van dakverhoging zouden we toepassen? De keuze ging tussen een scharnierend kanteldak volledig pop-up dak (bovenste foto), een dak met scharen en een kantelbeweging (middenste foto) of een volledig pop-up dak (onderste foto). Om de juiste keuze te maken werden deze drie systemen naast elkaar gelegd en vergeleken. Deze keuzematrix is op de bladzijde hiernaast terug te vinden. In overleg met beide mentors werd er gekozen voor de eerste optie. Dit principe zorgt voor een eenvoudige installatie maar heeft slechts een beperkte ruimte om alle panelen in weg te werken bij gesloten toestand. Bovendien biedt het de grootste stormvastheid bij noodweer. Het dak met scharen werd niet gekozen vanwege de beperkte ruimte dat het systeem creëert. Bovendien dient een vierde wand te worden voorzien die moeilijk weg te werken is. Het derde principe werd niet gekozen omdat deze opstelling bij noodweer niet zo sterk is als de vorige twee systemen. Bovendien moeten er meer systemen en panelen toegevoegd worden om dit te laten werken, wat bijdraagt tot een hogere kostprijs. Eindwerk 14

15 Eindwerk 15

16 Hoewel er reeds gekozen was voor het scharnierend kanteldak, ben ik toch nog met drie concepten voor de dag gekomen die van een ander principe gebruik maken. Het eerste concept is gebaseerd op de curverbox (klapkrat). In de zijwanden is een vouwlijn voorzien waardoor de zijwand in gesloten toestand samengevouwen ligt. De achterwand kan in zijn geheel omlaag kantelen wanneer het dak in open positie staat. Een tweede concept leunt hier dicht bij aan. Hierbij hebben de zijwanden geen vouwlijnen maar zijn ze iets korter. De vooren achterwand bezit een zodanige vorm dat deze stevigheid aan de zijpanelen geven bij open dakpositie. Het derde concept maakt gebruik van een andere dakbeweging. Hierbij roteert het dak waardoor men de vorm van een parallellogram bekomt. Er werd echter niet verder rond dit concept gewerkt daar beide mentoren geen succes zagen in dit principe. De volgende concepten maken allemaal gebruik van het scharnierend kanteldak. Het eerste concept (midden rechts) maakt gebruikt van een vals dak waartussen de zijwanden kunnen rollen. Dankzij de vouw of snijlijnen kunnen deze eenvoudig opgesteld worden bij open dakpositie. Denk hierbij aan het principe van een garagepoort. Eindwerk 16

17 Het tweede concept in deze categorie maakt gebruik van een aangepast frame. Het frame is voorzien van glijbanen waarin de zijpanelen kunnen gepositioneerd worden. Deze zijpanelen zijn tevens opgedeeld in kleinere stukken zodat deze op een eenvoudige wijze manueel in de gleuven geplaatst kunnen worden. Het concept afgebeeld op de foto rechts boven maakt opnieuw gebruik van vouwlijnen. De zijkanten hebben nu echter de vorm van een driehoek. Het volgende concept maakt gebruik van een geleidingssysteem dat de zijpanelen begeleidt wanneer het dak geopend wordt. Deze panelen scharnieren aan de onderzijde en zijn met een speciale flexibele bevestiging aan de rail gemonteerd. De achterwand bevindt zich boven de zijwanden in gesloten positie en kan in zijn geheel kantelen wanneer het dak open staat. Na overleg met mijn mentoren en enkele externe adviseurs werd er voor dit laatste concept gekozen vanwege zijn eenvoud en bediening. Doordat de scharnieren zich onderaan de zijpanelen bevinden, loopt het water steeds buiten de cel wanneer het dak neergehaald wordt, wat een groot pluspunt is ten opzichte van de andere concepten. Enkele details van deze versie werden verder geschetst. Zo werden de nodige tussenruimtes en bematingen goed bekeken. Eindwerk 17

18 Capita Selecta Warmteleer en koudebrugvorming bij scharnierende elementen is een belangrijke factor voor de Adventure Cel. Daarom werd er hierrond een meer diepgaande studie uitgevoerd. Warmteleer of thermodynamica is zeer belangrijk voor dit product. Begrijpen hoe warmte zich gedraagt en voortvloeit doorheen een bepaald medium is cruciaal om de Adventure Cel goed te kunnen isoleren. Daarbij hoort ook de vorming van koudebruggen en het vermijden ervan in een ontwerp. Dit was dan ook het onderwerp van mijn Capita Selecta onderzoek. Gedurende deze studie hebben we de wetten van de thermodynamica bestudeerd en verschillende ontwerpen bekeken om koudebruggen te leren opsporen en vermijden. Ook werd er gekeken naar verschillende scharnieren die vandaag op de markt zijn. Deze verworven kennis heb ik toegepast op het ontwerp van de Adventure Cel. Zo werd het PVC-scharnier gevonden en uitvoerig getest op warmtegeleiding en inbouwmogelijkheden. Bij de inbouw werd er gelet op zowel de sterkte, de afsluiting en de warmtegeleiding doorheen dit scharnier. De testen op het PVC-scharnier bleken allemaal positief te zijn waardoor dit scharnier de ideale kandidaat was om het toe te passen in het prototype. Ook werden er enkele ontwerpaanpassingen ingevoerd om koudebruggen te vermijden. De volledige studie is terug te vinden in bijlage, achteraan dit dossier. Eindwerk 18

19 Eindwerk 19

20 Ontwerp aanpassingen De aanpassingen werden op de nieuwe Adventure cel aangebracht om de leefruimte te vergroten. Het mogelijk maken om een sanitaire ruimte te installeren, is hierbij het streefdoel. Naast het ontwerpen van het daksysteem, was er ook ruimte om de Adventure Cel te optimaliseren ten opzichte van het vorige model (foto rechts). Het creëren van meer leefruimte en een comfortabelere cel stonden hierbij centraal. Een grote aanpassing ten opzichte van het vorige model is het nieuwe deursysteem. Door een combinatie van polyesterprofielen en aluminiumprofielen wordt de deuropening volledig koudebrug vrij. Het polyesterprofiel loopt verder door dan het aluminiumprofiel en voorziet de deur van een slag. Dit systeem kan bij uitbreiding toegepast worden op elke opening die later in de kast geplaatst wordt. Het kan tevens toegepast worden op elke cel die Taveirne Mobil in de toekomst nog zal produceren. De deur werd smaller gemaakt tot een breedte van 60 cm en uit het center gehaald door deze 20 cm naar rechts te verschuiven. Dit heeft 2 doeleinden: als eerste creëren we op deze manier meer plaats binnenin om een sanitaire hoek te installeren, ten tweede is het nu mogelijk om de trap neer te laten wanneer er een aanhangwagen is aangekoppeld. Dit zorgt voor een aangenamere tussenstop bij lange ritten omdat de aanhangwagen nu niet meer losgemaakt moet worden van het trekkend voertuig alvorens de trap neer te laten. Eindwerk 20

21 De globale afmetingen werden ook een beetje vergroot ten opzichte van de oude Adventure Cel. De volledige kast is 10 cm langer en breder. Dit lijkt niet veel maar zorgt voor meer leefruimte binnenin. De verlenging zit hem in het onderste stuk dat buiten het voertuig hangt. Ook dit maakt het mede mogelijk om een sanitaire hoek te installeren. De vorm van de cel werd iets scherper gemaakt. De traditionele buiging van 5 werd behouden maar de ronde kop werd vervangen door een spitstere vorm. Dit creëert een ruigere look en laat tevens toe om enkele accessoires te monteren zoals extra LED- verlichting. Dit geheel naar wens van de klant. Eindwerk 21

22 Materiaal studie Het nieuwe daksysteem werd vervaardigd uit Ecofont panelen vanwege hun thermische isolatiecapaciteiten. De bewegingen van de zijpanelen en het achterpaneel worden uitgevoerd door een PVC-pianoscharnier en een lineaire geleider. De Adventure Cel bestaat uit 5 delen: het frame, de onderste kast, de trap, de deur en het daksysteem. Tijdens dit eindwerk werden de trap en de deur buiten beschouwing gelaten. Het frame bestaat uit aluminium profielen van 3mm dikte die we, afhankelijk van hun positie in het frame, een bepaalde vorm en buiging geven. Zowel het frame van de kast als het frame van het dak zijn met deze speciale profielen gelast. Om zo n uniform mogelijk product te creëren en om de constructie en bestellingen te vereenvoudigen, werd het daksysteem uit hetzelfde materiaal gemaakt als de wanden van de kast. Dit is het zogenaamde Ecofont plaatmateriaal van 25 mm dikte. Het is een isolerend composiet bestaande uit een polyesterlaag, een PET-isolatielaag en opnieuw een polyesterlaag. Dit materiaal is zeer sterk, duurzaam, eenvoudig te bewerken en zeer sterk thermisch isolerend. Om de subassemblages aan elkaar te verbinden wordt er gebruikt gemaakt van enkele verbindingstechnieken. De voornaamste techniek is verlijmen. Hiervoor gebruiken we een speciale siliconenlijm die naast het verbinden ook een kittende functie heeft om vuil en water buiten de kast te houden. De gebruikte siliconenlijm is Sikaflex. Zo worden de panelen met het aluminium frame verbonden. De uitharding van deze lijm bedraagt 3mm per 24 uur. Het neemt dus ongeveer 2 weken in beslag om de volledige sterkte van deze lijmverbinding te verkrijgen. Voor het nieuwe daksysteem werden er enkele nieuwe componenten toegevoegd. Het voornaamste is het scharnier dat de zijwanden doet kantelen. Dit is een PVCscharnier van de producent BELUMA. Het grote voordeel dat dit scharnier heeft ten opzichte van zijn concurrenten is de thermische isolatiecapacitiet dankzij het materiaal PVC. Bovendien is dit een pianoscharnier wat over de volledige lengte van de zijwanden loopt. Het creëert een volledig dichte naad die vuil en water buiten houdt. Het scharnier kan via een schroefverbinding of via verlijming bevestigd worden. Voor dit prototype werd gekozen voor de schroefverbinding zodat deze later weer losgemaakt kan worden. Een tweede toegevoegd systeem is de lineaire geleider die in het dak bevestigd zit. Deze zorgt ervoor dat de zijwanden mee omhoog getrokken worden met het dak wanneer dit opent. In een rail bevinden zich twee loopwagentjes die elk een andere kant uit rollen. Om de loopwagentjes te borgen op zowel hun binnenste als buitenste positie, werden er nog 2 positioneerpennen toegevoegd. Eindwerk 22

23 Dankzij het inwendige veersysteem in deze pennen kunnen de wagentjes vergrendeld en ontgrendeld worden. Van al deze componenten kunnen er technische fiches terug gevonden worden in de bijlagen, achteraan dit dossier. Eindwerk 23

24 CAD De volledige cel werd in een 3D-omgeving ingebracht. Van hieruit werden aandachtspunten en details duidelijk en verder uitgewerkt. Van het gekozen concept werden er 3D-tekeningen gemaakt. Als eerste werd het frame volledig uitgetekend. Elk profiel werd zo aangepast en in elkaar geplaatst totdat de vorm van het frame bekomen werd. Sommige van deze profielen zijn echter geen standaard profielen. Ze bezitten een bepaalde hoek of beenlengte afhankelijk van hun positie en functie in het frame. Wanneer het frame volledig op punt stond, werden de panelen van de kast toegevoegd. Deze werden via touch en allign constraints aan het frame gekleefd. Daarna werd het dak in elkaar gezet. Ook hier werd eerst het aluminiumframe geconstrueerd. Pas daarna werd het dakpaneel erin gemonteerd. Uit dit dakpaneel werd een gleuf gehaald om de rail te bevestigen. De CAD-files van deze rail en de loopwagentjes werden via BELUMA, de leverancier, aangeboden en rechtstreeks in het model geïmporteerd. De volledige Adventure Cel staat nu in een 3D omgeving. Van hieruit werden de zij- en achterpanelen ingetekend, passend binnen het frame. De hoogte van de zijpanelen - en dus van het dak in open positie - wordt bepaald door de breedte van de cel. Wanneer we een speling van 5 cm laten bij gesloten toestand, bekomen we een hoogte van 800 mm per zijpaneel. Eindwerk 24

25 Deze hoogte is aanvaardbaar daar het voldoende staruimte toelaat in de cel bij open dakpositie. Bij gesloten positie is de overgebleven ruimte voldoende om comfortabel in te kunnen zitten voor een korte pauze. De achterwand bestaat uit 2 ongelijke rechthoekige platen die met een scharnier aan elkaar bevestigd zijn. Dit laat de achterwand toe om voorbij de opstand van het frame te komen, zich vervolgens te strekken en zo een rechte achterwand te creëren. Tevens heeft de gebruiker de mogelijkheid om bij mooi weer de achterwand niet of slechts gedeeltelijk omlaag te plooien. Tijdens deze fase werd duidelijk dat voornamelijk daar waar de zijpanelen een naad vormen met de kast of het dak, er zich een potentieel afdichtingprobleem kan voordoen. Deze bewegende panelen moeten namelijk een naadloze afsluiting creëren. Om dit op te lossen werden er speciale profielen in combinatie met sluitrubbers toegevoegd. Zo hebben de panelen steeds een slag om tegenaan geduwd te worden in de afsluitingsrubbers. De verbinding tussen de achterwand en de zijpanelen van het dak wordt opgevangen door een polyester L-profiel, bevestigd aan de zijwanden. Deze voorzien de achterwand van een slag om tegenaan te drummen. Eindwerk 25

26 Om deze te kunnen wegwerken bij gesloten dakpositie, moet echter een gleuf voorzien worden in het achterste aluminiumprofiel van het frame. Door deze techniek van kantelende zij- en achterpanelen moet er meer ruimte in het dak voorzien worden. Daarom werd beslist om het dak met 60 mm te verhogen ten opzichte van het vorige model. Het laatste model had een dakhoogte van 90 mm, deze Adventure Cel heeft een dakhoogte van 150 mm. Deze extra ruimte biedt nu plaats aan de panelen die hierin verborgen liggen bij gesloten toestand. De verbinding tussen de zijpanelen van het dak en het loopwagentje werd echter nu nog niet opgenomen. De bewegingen die dit onderdeel moet opvangen zijn zeer complex en moeilijk voor te stellen. Speciaal van dit onderdeel werden enkele prototypes gemaakt om de nodige bewegingen te analyseren en beter te begrijpen. De deur en trap werden wel opgenomen in de 3D-tekeningen maar ze zullen geen deel uitmaken van het finale prototype. Deze zullen dan later samen met het interieur op maat van de klant toegevoegd worden. Op advies van mijn promotor, Johan Taveirne, werden enkel technische tekeningen van het frame gemaakt. De reden hiervoor is dat bij het lassen van het frame enkele verschuivingen zullen optreden gedurende het koelproces. Eindwerk 26

27 Daarom is het onmogelijk om reeds in deze fase theoretische afmetingen te gebruiken. Deze zullen, wanneer het frame gelast is, per paneel opgemeten moeten worden. De technische tekeningen van de aluminium profielen zullen bij het prototype gebruikt worden om ze op de juiste lengte en met de nodige hoeken of afschuiningen te verzagen. Deze tekeningen zijn als bijlage terug vinden achteraan dit dossier. Om de nodige profielen te bestellen, werd een bestelbon gemaakt in Illustrator. Hierbij is elk profiel in doorsnede getekend met de juiste benaming/code zodat de leverancier weet welke profielen er precies nodig zijn. De code werkt als volgt: lengte eerste been/ lengte tweede been/dikte profiel (hoek tussen benen). Ter verduidelijking: profiel met code 80/175/3 (85 ) is een profiel met korte zijde 80 mm, een lange zijde van 175 mm, een dikte van 3 mm en een hoek tussen beide benen van 85. De zijwanden worden geleverd als panelen van 8 m x 2,5 m. Om de wanden zo efficiënt mogelijk te zagen uit deze grote platen, werd een zaagschema opgesteld in Illustrator. Dit zorgt ervoor dat we het afval en de kostprijs tot een minimum reduceren. Eindwerk 27

28 Prototyping Het finale prototype bestaat uit twee delen: de kast en het daksysteem. De kast is afgewerkt op hoog niveau en is klaar voor verkoop. Het dak is een technisch prototype dat zal gebruikt worden bij verder onderzoek. Omwille van de eerder besproken ontwerpaanpassingen werd besloten om het finale prototype op te delen in twee delen. Het eerste deel is de kast. Deze werd afgewerkt op hoog niveau zodat deze beschikbaar is voor verkoop. Alle ontwerpaanpassingen die betrekking hebben tot de kast zijn dan ook geïmplementeerd in dit deel. Dit onderdeel staat nu klaar om een binnenindeling, de nodige technieken en een verflaag te ontvangen in overleg met de toekomstige klant. Het tweede deel van het finale prototype is het dak met het bijhorende systeem. Dit is een technisch prototype dat de bevestigingen en materialen gebruikt om zo een duidelijk beeld te scheppen van het huidige principe. Het is echter geen klant-klaar product. Hiervoor is meer onderzoek en tijd nodig, specifiek in dit systeem. Er werd vroeg beslist om over te gaan tot de bouw van de kast. Reeds in april zijn we hiermee van start gegaan daar dit een zeer tijdrovend proces is. Het zal ons wel een beter inzicht geven van alle nodige componenten en bewegingen die het dak en de bijhorende panelen maken. Een andere ruw prototype dat gemaakt werd kan u terug vinden op onderstaande foto. Dit prototype, gemaakt van MDF en karton, verduidelijkt de beweging die het verbindingstuk tussen de zijwanden en het dak moet opvangen. Hiermee werd duidelijk dat naast de rotatie van de zijpanelen en de rotatie van het dak, ook nog een verschuiving van het bevestigingspunt plaatsvindt bij open positie ten opzichte van gesloten positie. Gelijktijdig met de bouw van de kast werden ook enkele kleinere prototypes gemaakt om bepaalde zaken te testen. Zo werd het PVCscharnier verder onderzocht en vonden we de beste manier om dit in te bouwen. Eindwerk 28

29 In een eerste fase werd het frame geconstrueerd. Hiervoor werden de nodige profielen besteld aan de hand van de reeds opgemaakte bestelbon. Wanneer deze geleverd waren, werden ze aan de hand van de technische tekeningen op juiste lengte verzaagd. Met een lintzaag, een slijpschijf of een wipzaag werden de nodige hoeken bekomen. Elk profiel werd aan de binnenzijde opgeschuurd alvorens deze te positioneren om gelast te worden. Dit werd gedaan zodat de zijpanelen goed verlijmd kunnen worden met het frame. Het frame werd opgedeeld in verschillende delen die elk afzonderlijk gelast werden. Pas wanneer elk deel klaar was, werden ze aan elkaar gezet. Deze opdeling bestond uit de basis, zijkant links, zijkant rechts, de kop en als laatste de tussenverbindingen. Elk stuk werd zorgvuldig opgespannen en gecontroleerd opdat de haaksheid keer op keer correct was. De onderdelen werden met een voorlopige puntlas aan elkaar gezet. In een latere fase werden deze lassen verder afgewerkt. Eindwerk 29

30 Na de basis werden beide zijpanelen gemaakt, daarna de kop en als laatste te tussenverbindingen. Deze onderdelen werden eerst via klemmen op de basis gespannen en daarna met enkele puntlassen verbonden met de andere onderdelen. Het proces van verzagen, schuren positioneren en lassen werd herhaald totdat alle 48 profielen met elkaar verbonden waren. Eindwerk 30

31 Aan de zijkanten werden de bevestigingsrails gemonteerd. Dit gebeurde zowel met een boutverbinding als met een lasverbinding daar deze onderdelen zeer sterk moeten zijn. Zij dragen namelijk de cel wanneer deze van de pickup wordt geplaatst. Alle puntlasverbindingen werden daarna omgezet tot een volwaardige lasverbinding. Aan de binnenzijde van de profielen heeft de las een verstevigende functie, aan de buitenzijde heeft de las een waterdichtende functie. Om gemakkelijk aan alle hoeken te komen werd het frame halverwege het lasproces omgedraaid. Wanneer alle lassen van het frame afgewerkt waren, werd er met het frame van het dak begonnen. Deze werd op dezelfde manier geconstrueerd als het frame van de kast. Om zeker te zijn van de juiste maat werd het dakframe reeds gepositioneerd op het grote frame. Wanneer de juiste uitlijning gevonden was, werden de scharnieren bevestigd. Met de rolbrug werd dit dak een aantal keer geopend en gesloten om te zien of dit keer op keer op de correcte manier gebeurde. Wanneer alles naar wens was, werden alle lassen opgeschuurd en plamuur aangebracht waar nodig. Het volledige frame werd dan verplaatst van de metaallijn naar de assemblage lijn. Eindwerk 31

32 Vanuit het frame werden de nodige maten voor elk paneel opgemeten. Deze werden dan overgebracht op de grote plaat en uitgezaagd met een cirkelzaag en een wipzaag. Bij het uittekenen van de vorm was het belangrijk te letten op de oriëntatie daar de ecofont een buiten- en binnenzijde heeft. De buitenzijde heeft fijnere poriën in de polyesterplaat waardoor een verflaag minder diep indringt en een betere afwerking vertoont. Wanneer het paneel uitgesneden was, werd de buitenzijde opgeschuurd en werden de randen gebroken. Dit zorgt voor een betere hechting van zowel de siliconenlijm als de latere verflaag. In de zijpanelen moest echter ruimte voorzien worden om de moeren van de bevestigingsrails kwijt te kunnen. Deze werden met een zachte hamer overgebracht in het zijpaneel en vervolgens uitgeboord. Eindwerk 32

33 Alvorens de panelen in het frame te verlijmen, werden beide onderdelen ontvet. Daarna werd op het frame een siliconeslak uitgesmeerd en een paneel ingeplaatst. Met serganten werd het paneel stevig in de lijm gedrukt. Dit proces werd voor elk paneel herhaald. Bij het installeren van de wanden werd bijzondere aandacht besteed aan de volgorde van inlijmen. Deze is zeer belangrijk om een goede afsluiting en sterkte te garanderen bij het eindproduct. Om de sterkte van de kast te verhogen werd uit de bodem een trap gezaagd. Hierin zal de binnenste zijwand verlijmd worden. Deze structuur, in combinatie met het frame, zorgt voor een stevige verbinding. Eindwerk 33

34 Wanneer de volledige kast verlijmd was, werd het frame van het dak terug gemonteerd en werd de uitlijning opnieuw gecontroleerd. Dit is nodig omdat tijdens het uithardingsproces van de lijm de volledige kast wat kan gaan wringen en zo lichtjes van vorm kan wijzigen. Dit was ook effectief het geval waardoor enkele opvulplaatjes nodig waren onder het scharnier om het dak correct uit te lijnen. Pas toen het dakframe goed uitgelijnd was, werd dit opnieuw van het frame gehaald om het dakpaneel te verlijmen. In dit dakpaneel werd de nodige gleuf voor de lineaire geleider gefreesd. Het dakpaneel werd vervolgens in het frame verlijmd, gevolgd door de geleider. Wanneer alles voldoende uitgehard was, werd het dak een laatste keer gemonteerd op de kast. Eindwerk 34

35 Vervolgens werd de ruimte voor de zijpanelen opgemeten en de nodige maten overgebracht op de ecofont platen. De scharnieren werden op juiste lengte gesneden en door middel van een schroefverbinding gemonteerd. Om de juiste positie van de gasveer te bepalen werd in het virtuele 3D-model een schets gemaakt. De gasveer heeft een slag van 35 cm en een totale lengte van 75 cm. Het is belangrijk dat de gasveer zich zo ver mogelijk achteraan het dak bevindt om zo een maximale kracht uit te oefenen. Hierbij moet het dak ver genoeg open gaan, maar ook niet te ver om geen naden en spleten te creëren tussen de zijwanden en het dak. Er werd een speciale beugel ontworpen om de gasveer te monteren op het frame. Deze werd vervaardigd uit een aluminium L-profiel en zo gepositioneerd dat de afstand tussen de gasveer en het frame toelaat om de zijpanelen ertussen te laten vallen. Eindwerk 35

36 Om de zijwanden te verbinden met het dak moesten er nog een speciale verbinding en een bevestigingsplaatje gemaakt worden. Van dit bevestigingsplaatje zijn verschillende modellen gemaakt. Eerst uit karton, vervolgens uit aluminium plaatmateriaal. Er werd gevarieerd in lengte, breedte en nodige buigingen om alle elementen weg te kunnen werken. De verbinding tussen de zijpanelen en het dak is waarschijnlijk het meest complexe onderdeel van het hele project. Deze moet namelijk de roterende beweging van het dak met de kantelende beweging van de zijpanelen verbinden. Er werd dan ook lang geëxperimenteerd met verschillende onderdelen zoals draadstangen, spanvijzen, gaffels, stangkoppen, cardankoppelingen en kogelgewrichten. Telkens werd een nieuwe combinatie met bijhorende beugels gemaakt en getest op de zijpanelen. Na lang zoeken werd een werkend prototype gevonden. Dit was een combinatie van een kogelgewricht, een spanvijs, een draadstang, opnieuw een spanvijs en opnieuw een kogelgewricht. Eindwerk 36

37 Hoewel dit systeem werkt, oogt dit absoluut niet mooi en is het dus moeilijk toepasbaar in een interieur omgeving. Daarom werd er gezocht naar een manier om dit principe te vereenvoudigen. Dit werd gevonden door het toepassen van een flexibel maar stevig materiaal. Dit materiaal moet de sterkte hebben om de zijpanelen te kunnen dragen maar flexibel genoeg zijn om alle bewegingen te kunnen verdragen zonder te breken of scheuren. Er werden opnieuw enkele materialen getest die als mogelijke kandidaat voor de dag kwamen. Een voorbeeld hiervan is een veer met zeer korte spoed gemaakt uit verenstaal. Dit wordt gebruikt om een luifel uit te draaien. Hoewel het de sterkte zeker bezit, was de flexibiliteit over een korte afstand niet voldoende. Er kwamen te veel spanningen op dit onderdeel wat bij langdurig gebruik nefaste gevolgen zou hebben voor het systeem. Het PVC-scharnier bezit al deze eigenschappen. Hiervan werden dan ook enkele stroken gesneden om te kunnen gebruiken als verbindingsstuk. Er werd een nieuw model van zowel het loopwagentje als de bevestigingsplaat aan de zijwanden gemaakt om dit scharnier te kunnen monteren. Scherpe randen werden afschuind zodat dat duurzaamheid van het PVC-strookje vergroot werd. Eindwerk 37

38 Als laatste moest de achterwand van het dak geïnstalleerd worden. Deze bestaat uit twee asymmetrische rechthoeken die elk naar een andere kant scharnieren. Dit is nodig om voorbij de opstand van de kast te komen en hier vervolgens in te sluiten. Opnieuw werd hiervoor het PVC-scharnier gebruikt. Om de wand een stevig eindpunt te geven, werden L-profielen op de zijpanelen van het dak geplaatst. Samen met enkele sluitingsrubbers zorgen deze voor een goede afsluiting die water en vuil buiten houdt. In deze profielen werd een kleine rechthoek uitgezaagd daar waar deze het frame zullen raken. Dit werd gedaan opdat we niet in het kader van de kast moeten zagen. In een later stadium, wanneer het dak productieklaar is, zal dit wel het geval zijn. Eindwerk 38

39 Om de achterwand van het dak omhoog te houden bij gesloten dakpositie werden er klemmen voorzien. Deze werden gemonteerd met dezelfde bouten van het handvat om het dak te bedienen. Om voldoende plaats voor dit handvat te bieden, moest er een uitsparing gezaagd worden uit het onderste paneel van de achterwand. Hierin zal later een schuifraam komen. Dezelfde soort klemverbinding werd gebruikt om de achterwand bij open dakpositie te borgen. Deze draaien in een gleuf die zich in de zijwanden bevindt. Zo kan de achterwand onmogelijk van buitenuit ingeduwd worden. Dit creëert een extra veiligheid tijdens noodweer en is ook efficiënt tegen inbraken. Als laatste stap werden enkele lichten gemonteerd zodat dit prototype zich op de openbare weg mag bevinden. Het volledige prototype werd geïnstalleerd op een Ford Ranger pickup jeep om het te kunnen transporteren. Eindwerk 39

40 Eindresultaat Er werd een werkend prototype opgeleverd. Dit prototype bestaat uit de twee eerder vermelde delen: de kast en het dak-systeem. De kast is klaar voor verkoop, het daksysteem is een werkend prototype waarop er verder gebouwd kan worden in de toekomst. De doelstellingen van beide delen van het prototype zijn behaald. De kast is klaar voor verkoop waarbij de nieuwe ontwerpaanpassingen zijn toegepast. Het dak is een werkend prototype waarop er nog verder gebouwd kan worden alvorens het productieklaar te hebben. Het huidige model levert een semiautomatisch daksysteem dat zeer eenvoudig te bedienen is. Dankzij de lineaire geleider worden de zijwanden opgetild en ondersteund. Enkel het positioneren van deze wanden dient manueel te gebeuren. De blokkerpennen borgen de wanden wanneer deze zich in rechtopstaande positie bevinden. Het openen en sluiten van het dak vraagt een specifieke methode. Hierna volgt de beschrijving van deze handelingen. De foto s op de volgende pagina laten u de nodige acties om het dak te openen stap voor stap meevolgen. instructie openen: 1. duw dak omhoog 2. breng zijwanden tot eindpositie 3. borg zijwanden met de borgpennen 4. plooi achterwand open 5. borg achterwand met beide borgplaatjes De actie s om het dak te sluiten zijn gelijkaardig maar vragen iets meer handelingen. instructie sluiten: 1. maak borging achterwand los 2. breng achterwand in horizontale positie 3. borg achterwand met borgplaatjes 4. maak borgpennen van de zijwand los 5. breng zijwanden in hangende rustpositie 6. trek dak omlaag via handvat Deze handelingen zijn zeer eenvoudig zodat iedereen die in contact komt met dit product ze kan uitvoeren. De kostprijs van dit dak-systeem bedraagt 860. Hierbij is het scharnier het duurste onderdeel. Mits enige oefeningen kan een mechanieker dit op 1 dag installeren. Tijdens en na de bouw van dit prototype werden enkele aandachtspunten genoteerd waarmee men in de toekomst rekening dient te houden. Deze lijst werd dan ook doorgegeven aan Taveirne Mobil. Zo moet bijvoorbeeld nog extra aandacht besteed worden aan de materiaalkeuze van het verbindingsstrookje, moet er verder gekeken worden naar koudebruggen en kunnen er nog wat aanpassingen aan het frame gebeuren om een betere indeling te bekomen. Eindwerk 40

41 Eindwerk 41

42 Eindwerk 42

43 Eindwerk 43

44 Bronnen BRON VERMELDING Alex Milton & Paul Rodgers - RESEARCH METHODS FOR PRODUCT DESIGN Douglas C. Giancoli - NATUURKUNDE Deel 1: Mechanica en Thermodynamica W. De Clippeleer - B. Wellekens - TABELLENBOEK VOOR METAALTECHNIEK Kenneth G. Budinski & Michael K. Budinski - Materiaalkunde Russell C. Hibbeler - Mechanica voor technici: Dynamica Russell C. Hibbeler - Mechanica voor technici: Statica Heino Labeeuw - Cursus Sterkteleer Katrijn Sabbe - Cursus Materialenleer Sofie Degrave, Heino Labeeuw & Olivier Demortier - Cursus Technologie A Schöck Isokorb - Design guide: Solutions to Prevent Thermal Bridging Design breaks, SCHÖCK Innovative Building Solutions - geraadpleegd op 4/04/ Catalogus BELUMA - geraadpleegd op 31/03/ Catalogus SHAKE HANDS - geraadpleegd op 15/05/ Beelden Alle beelden afkomstig van internet zijn terug te vinden op volgende pagina: Alle foto s van het eindproduct zijn eigendom van Judith Delbaere. Eindwerk 44

45 Blokkeerbouten met ruststand Standaard Bijlagen Indien er geen constante vergrendeling benodigd is Vergrendeling wordt opgeheven door hendel 180 te draaien Zaagsnede aan bovenzijde lichaam zorgt voor borging van de hendel Onverliesbaar, geen losse komponenten BIJLAGE 1: TECHNISCHE FICHES BIJLAGE 2: CAPITA SELECTA ONDERZOEK BIJLAGE 3: CAD - TEKENINGEN Type A Hendel onbehandeld, zonder moer Type C Hendel gepoedercoat, zonder moer Type B Hendel onbehandeld, met moer Type D Hendel gepoedercoat, met moer Materiaal: Staal: kwaliteitsklasse 5.8. Oppervlaktebehandeling: Gebruineerd. Blokkeerstift: gehard en gevlakt. Opmerking: Blokkeerbouten met ruststand worden gebruikt als er geen con stante vergrendeling wordt verwacht. Door de hendel 180º te draaien wordt de pen gelift. De zaag snede aan de bovenzijde van het lichaam zorgt ervoor dat de hendel in deze positie blijft. Blokkeerbouten met ruststand Bestelnummer Type A Bestelnummer Type B Bestelnummer Type C Bestelnummer Type D D D1 D2 L L2 L3 B B1 H SW F x 30 Begin veerkracht F1 ca. N Eind veerkracht F2 ca. N M10 M10 M10 M10 x 1 M10 x 1 M10 x 1 M12 M12 M12 M12 x 1,5 M12 x 1,5 M12 x 1,5 M16 M16 M16 M16 x 1,5 M16 x 1,5 M16 x 1,5 M20 M20 M20 M20 x 1,5 M20 x 1,5 M20 x 1,5 Alle afmetingen in mm; genoemde sterktewaarden zijn richtwaarden; technische wijzigingen voorbehouden. Onkenhout & Onkenhout BV tel +31 (0) fax +31 (0) info@onkenhout.nl Beluma nv tel +32 (0) fax +32 (0) info@beluma.com ,8 46,8 46,8 46,8 46,8 46,8 60,4 60,4 60,4 60,4 60,4 60, ,8 10,8 10,8 10,8 10,8 10,8 14,4 14,4 14,4 14,4 14,4 14, ,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8 4, ,3 1,8 1 1,3 1,8 1,3 1,8 2,3 1,3 1,8 2,3 1,8 2,3 2,8 1,8 2,3 2,8 2,3 2,8 3 2,3 2,8 3 Eindwerk

46 Lineaire geleiders Lineaire geleider, belasting 120 kg, type DA0115RC Lineaire geleiders Lineaire geleider, belasting 120 kg, type DA0115RC Modulaire lineaire geleiding met kogelomloopsysteem Aluminium geleiderprofiel met lengte 1,20 m en 2,40 m, leverbaar met of zonder montagegaten Zelf op de juiste lengte te maken Loopwagen wordt los geleverd met roestvaststalen of kunststof kogels (ongesmeerd met stille loop) Corrosiebestendig en tevens beschermd tegen stof en vervuiling Mogelijkheid om per geleiding meerdere loopwagens toe te passen Geleiderprofielen kunnen gekoppeld worden Geleiding: lineaire geleider Belasting per paar: tot 120 kg Aantal cycli dynamische test Materiaal: aluminium Bestelnummer Omschrijving Geleiderprofiel 1,20 meter (zonder montagegaten) Geleiderprofiel 2,40 meter (zonder montagegaten) Geleiderprofiel 1,20 meter (met montagegaten x 12) Geleiderprofiel 2,40 meter (met montagegaten x 24) Gewicht kg Loopwagen met roestvaststalen kogels x Loopwagen met kunststof polymeer kogels x Eindstop (1 stop, 2 schroeven) Boormal Diverse inbouwopties Loopwagen met roestvaststalen kogel Draagvermogen kg* x 1 50 x 2 90 x x 1 30 x 2 55 x 3 70 x 1 40 x 2 70 x 3 90 * Het draagvermogen is getest over een afstand van m Loopwagen met kunststof kogel Draagvermogen kg* x 1 30 x 2 54 x 3 75 x 1 18 x 2 32 x 3 42 x 1 24 x 2 42 x 3 54 Boormal * Montage: boor en verzink op de centerlijngaten van 4,2 mm ** Eindstop: boor en verzink op de groevengaten van 4,2 mm Verdeel de belasting gelijkmatig over de loopwagen(s). Aangezien er diverse inbouwmogelijkheden zijn adviseren wij om uw toepassing in de praktijk te testen. Vermijd een hoog moment op de loopwagen. Voor montage worden M4 schroeven met verzonken kop aanbevolen. Geleiderprofiel moet stabiel en vlak gemonteerd worden. De loopwagen moet met beleid in de rail worden geschoven. Eindstop is los verkrijgbaar (zie tabel). Voor het koppelen van de geleiderprofielen met behulp van centreerpennen met een diameter van 3 mm (niet meegeleverd) is een boormal beschikbaar (los verkrijgbaar, zie tabel). Materiaal montagerail aluminium 6000 serie, loopwagen roestvaststaal met roestvastalen of kunststof kogels. Alle afmetingen in mm; genoemde sterktewaarden zijn richtwaarden; technische wijzigingen voorbehouden. Alle afmetingen in mm; genoemde sterktewaarden zijn richtwaarden; technische wijzigingen voorbehouden. Onkenhout & Onkenhout BV tel +31 (0) fax +31 (0) info@onkenhout.nl Beluma nv tel +32 (0) fax +32 (0) info@beluma.com Onkenhout & Onkenhout BV tel +31 (0) fax +31 (0) info@onkenhout.nl Beluma nv tel +32 (0) fax +32 (0) info@beluma.com Eindwerk 46

47 Pianoscharnieren Kunststof op rol (15,25 meter lengte) Eenvoudig op ieder willekeurige lengte af te snijden. Temperatuurbestendigheid: -40 C tot +80 C Montage met POP-nagels of schroeven Uitstekend bestand tegen olie, oplosmiddelen, zeewater en de meeste chemische stoffen Treksterkte 180 N/cm Goed bestand tegen materiaalmoeheid, veelvuldig gebruik mogelijk (cycli) Bestelnummer B C Materiaal polypropyleen, zwart polypropyleen, zwart polypropyleen, zwart polypropyleen, zwart m C B Kunststof pianoscharnier op rol Alle afmetingen in mm; genoemde sterktewaarden zijn richtwaarden; technische wijzigingen voorbehouden. Onkenhout & Onkenhout BV tel +31 (0) fax +31 (0) info@onkenhout.nl Beluma nv tel +32 (0) fax +32 (0) info@beluma.com 91 Eindwerk 47

48 ABSTRACT Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen In dit rapport wordt er onderzocht hoe de warmtegeleiding in de Adventure Cel van TAVEIRNE MOBIL verloopt. De thermodynamische processen die optreden worden besproken en de wetenschap achter dit fenomeen wordt bestudeerd. Daarnaast wordt onderzocht hoe men een thermische onderbreking invoert zonder de vormgeving sterk aan te passen. Hiervoor worden ook een voorstel aangeboden. Dit voorstel maakt gebruik van een gevonden PVC-scharnier. Op dit scharnier werd getest hoe de warmtestroom verloopt en vergeleken met een standaard pianoscharnier vervaardigd uit aluminium. Ook werd de inbouwmogelijkheden van dit scharnier onderzocht. Hoe past men het ontwerp aan zodat koudebruggen vermeden worden? April 11, 2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/ Eindwerk 48

49 Inhoudsopgave INLEIDING.2 INLEIDING WARMTE...3 WAT IS WARMTE?... 4 DE NULDE HOOFDWET VAN DE THERMODYNAMICA... 5 SOORTELIJKE WARMTE... 6 DE EERSTE HOOFDWET VAN DE THERMODYNAMICA... 8 WARMTEOVERDRACHT... 9 ISOLATIEWAARDEN Dit Capita Selecta onderzoek werd gedaan in het kader van mijn eindwerk bij TAVEIRNE MOBIL. Het bedrijf produceert motorhomes waarmee men overal ter wereld kan komen. Duurzaamheid, sterkte en bouwkwaliteit zijn primaire waarden voor dit bedrijf. KOUDEBRUGGEN...12 WAT ZIJN KOUDEBRUGGEN KOUDEBRUGGEN IN DE BOUW KOUDEBRUGGEN IN ANDERE INDUSTRIEËN GESCHIKTE MATERIALEN VOOR HET BESTRIJDEN VAN EEN KOUDEBRUG SCHARNIEREN.15 v SOORTEN SCHARNIEREN PIANOSCHARNIEREN AFNEEMBARE SCHARNIEREN ZWARE SCHARNIEREN VERBORGEN SCHARNIEREN SCHARNIEREN MET POSITIECONTROLE GEKOZEN SCHARNIER EXPERIMENTEN..18 DOELSTELLING EXPERIMENT 1: BEPALEN VAN DE K-WAARDE EN WARMTESTROOM EXPERIMENT 2: TOEPASSEN VAN HET SCHARNIER EXPERIMENT 3: ONTWERPAANPASSINGEN CONCLUSSIE 24 BRONVERMELDING...25 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Als eindwerk kreeg ik de opdracht om een systeem te ontwikkelen om op de bestaande adventure cel (boven, linkse foto) het dak te laten openen en de zijwanden uit een vaste structuur te maken. Dit zorgt ervoor dat de camper doorheen alle seizoenen en op alle locaties gebruikt kan worden in de moeilijkste omstandigheden. Om de zijwanden weg te kunnen werken in de structuur, moeten deze enige vorm van flexibiliteit bezitten. Een scharnierende werking is dus noodzakelijk. Naast deze flexibiliteit moet het systeem ook water- en winddicht zijn en koudebruggen moeten doorheen de volledige cel vermeden worden. In dit rapport wordt de manier waarop warmte doorheen scharnierende elementen stroomt bekeken. Ook wordt onderzocht hoe koudebruggen doorheen de volledige cel vermeden worden. Dit werd gedaan door een desk research waarbij de basis van de thermodynamica werd aangeleerd, door een bezoek aan de Technishow 2016 in Utrecht en door een aantal dialogen met professionelen. In samenspraak met deze personen werden er enkele aanpassingen aan het ontwerp gemaakt van de bestaande Adventure Cel. Daarnaast werden er een aantal experimenten uitgevoerd om de bevinden te bewijzen. Mijn dank gaat uit naar Bruno Vandebroecke (professor Thermodynamica UGent), Stijn Vanderbeken (Industrieel ingenieur bij Demi) en Johan Taveirne (zaakvoerder van TAVEIRNE MOBIL) voor hun hulp en inzicht in dit proces. 2 3 Eindwerk 49

50 WARMTE In dit experiment en bij vele andere bepaalde Joule dat een zeker hoeveel verrichte arbeid altijd equivalent was aan een bepaalde hoeveelheid warmte invoer. 1 cal aan warmte werd gelijkgesteld met 4,186 J geleverde arbeid. Het mechanisch equivalent van warmte bedraagt dus: Wat is warmte? De term warmte wordt vaak op een inconsequente manier gebruikt. Het is dus belangrijk om warmte duidelijk te definiëren en de verschillende verschijningsvormen van warmte te onderscheiden. Er wordt vaak over warmte gesproken wanneer men eigenlijk warmtestroom bedoelt. De warmte van bijvoorbeeld de zon stroomt naar de koudere aarde en warmt deze dan op. Warmte stroomt steeds van het voorwerp met de hoogste temperatuur naar het voorwerp met de laagste temperatuur. In de 18 e eeuw werd warmtestroom gezien als een vloeistofstroom. Deze vloeistof kreeg de naam caloric). Deze vloeistof werd echter nooit waargenomen. in de 19 e eeuw werd een nieuw model opgesteld waarbij alle verschijnselen die te maken hebben met warmte beschreven werden. De bekende eenheid van warmte, calorie (cal), werd voor het eerst opgesteld en deze wordt nog steeds gebruikt. Het wordt gedefinieerd als de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van 1 gram water met 1 graad Celsius te laten stijgen. Daar de calorie een redelijk kleine maat is, wordt er meestal gebruik gemaakt van de kilocalorie (kcal). 1 kcal is gelijk aan de warmte die nodig is om de temperatuur van 1 kg water met 1 C te laten stijgen. Vaak wordt de kilocalorie Calorie genoemd (met hoofdletter C). Deze Calorie (of kj) wordt gebruikt om de energiewaarde van voedsel weer te geven. Reeds in de 19 e eeuw werd warmte in verband gebracht met energieoverdracht door een aantal wetenschappers. Men zocht naar een mechanisch equivalent van warmte. James Prescott Joule stelde onderstaand experiment op. Het vallende gewicht zorgt ervoor dat de schoepen gaan draaien en creëert wrijving tussen deze schoepen en het water. De thermometer meet de temperatuursverandering die het water ondergaat, wat nauwelijks meetbaar is. Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 4,186 J = 1 cal; 4,186 kj = 1kcal. Uit deze experimenten volgde dat wetenschappers warmte niet langer als stof interpreteerden maar ook niet helemaal als een vorm van energie. Warmte wordt nu geïnterpreteerd als overdracht van energie. Wanneer warmte van een heet naar een koud voorwerp stroomt wordt er energie overgedragen van het hete naar het koude voorwerp. Warmte is dus energie die wordt overgedragen van het ene voorwerp naar het andere vanwege een verschil in temperatuur. De SI-eenheid voor warmte is net als voor elke andere vorm van energie, joule. Calorie en Kilocalorie worden toch ook nog steeds gebruikt maar worden steeds omgerekend naar joule via het mechanisch equivalent. De nulde hoofdwet van de thermodynamica Wanneer twee voorwerpen met een verschillende met elkaar in thermisch contact komen, zal de temperatuur van beide voorwerpen gelijkgesteld worden. Dit wordt verwezenlijkt doordat de thermische energie van het voorwerp met de hoogste temperatuur zal vloeien naar het voorwerp met de laagste temperatuur tot deze aan elkaar gelijk is. Dit wordt thermisch evenwicht genoemd. Hierop is dan ook de nulde hoofdwet van de thermodynamica geformuleerd: Wanneer twee systemen in thermisch evenwicht zijn met een derde systeem, zijn ze ook in thermisch evenwicht met elkaar. Temperatuur is de eigenschap dat bepaalt of een system in thermisch evenwicht zal zijn met een ander systeem of niet. Wanneer er een thermisch evenwicht bereikt wordt, is de temperatuur van beide systemen per definitie aan elkaar gelijk. Het belang van deze nulde hoofdwet is dat ze een bruikbare temperatuurdefinitie mogelijk maakt. 4 5 Eindwerk 50

51 Soortelijke Warmte Wanneer een warm voorwerp in thermisch contact komt met een kouder voorwerp, stroomt de warmte van het warme naar het koude voorwerp. Maar hoe neemt de temperatuur van het warme voorwerp af en hoe neemt deze toe bij het koudere voorwerp? Dit hangt van het materiaal van het voorwerp af. Reeds in de 18 e eeuw werd ontdekt dat de hoeveelheid warmte Q die nodig is om de temperatuur van een bepaald materiaal te verhogen, evenredig is met de massa m van het aanwezige materiaal en de temperatuursverandering T. Dit natuurlijk fenomeen wordt weergegeven in onderstaande formule: grafiet vast 720 ijzer vast 444 koper vast 385 kwik vloeistof 139 QQ = mmmm TT In deze vergelijking is c de karakteristieke grootheid van het materiaal. Dit wordt de soortelijke warmte genoemd. Aangezien c = Q/(mc T) wordt soortelijke warmte gedefinieerd in de volgende eenheden: J/(kg * C) (de juiste SI-eenheid) of kcal/(kg * C). Voor water geldt c = 4,19*10³ J/(kg * C) oftewel 1,00 kcal/(kg * C). Onderstaande tabel geeft de soortelijke warmte weer van verschillende vaste stoffen en vloeistoffen. Materiaal Fasetoestand Soortelijke warmte J/(kg K) aluminium vast 880 brons vast 380 constantaan vast 410 diamant vast 502 ethanol vloeistof 2460 goud vast 129 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 lithium vast 3582 messing vast 377 olie vloeistof 2000 water vloeistof 4186 vast (0 C) 2060 De waarden van c voor vaste stoffen en vloeistoffen hangt in geringe mate af van de temperatuur en de druk. Voor temperatuursveranderingen die niet al te groot zijn kan c vaak als constant worden beschouwd. Bij gassen geldt deze vereenvoudiging niet. Vaak wordt er gesproken over de warmtecapaciteit van een bepaald object. Warmtecapaciteit C is het vermogen van een object om energie in de vorm van warmte op te slaan. Dit begrip wordt weergegeven in volgende formule: C = mc Hierin stelt m de massa van het object voor en c de soortelijke warmtecapaciteit van het materiaal van het object. Wanneer we de vorige formule van dichtbij bekijken zien we dat de factor mc reeds voorkomt in de formule omtrent warmte. 6 7 Eindwerk 51

52 QQ = mmmm TT Bijgevolg geldt dus: QQ = CC TT Via deze formules kunnen verschillende vraagstukken omtrent warmte opgelost worden. De wetenschap die zich bezighoud met deze vraagstukken wordt calorimetrie genoemd. Omdat Q en W staan voor energie die van en naar het systeem overgedragen wordt, zal de inwendige energie met dezelfde factor veranderen. De eerste hoofdwet van de thermodynamica is dus een bredere formulering van de wet van behoud van energie. Deze vergelijking werd opgesteld met oog op een gesloten systeem. Dit wil zeggen dat er geen materie toegevoegd of afgenomen wordt. De vergelijking kan echter ook gebruikt worden bij open systemen als er rekening wordt gehouden met de verandering van inwendige energie wanneer er materie toegevoegd of afgenomen wordt. De eerste hoofdwet van de thermodynamica Alvorens we de eerste hoofdwet kunnen definiëren moeten er enkele begrippen verklaard worden. Warmte = energieoverdracht ten gevolge van een temperatuurverschil Arbeid = energieoverdracht niet ten gevolge van een temperatuurverschil Inwendige energie van een systeem = totaal van alle energieën van de moleculen in dat systeem Vanuit deze begrippen wordt verwacht dat de inwendige energie van een systeem zal toenemen wanneer er warmte aan wordt toegevoegd of er arbeid op wordt verricht. Omgekeerd verwacht men dat wanneer er warmte vanuit het systeem weg stroomt of wanneer het systeem arbeid moet verrichten, de inwendige energie van het systeem zal dalen. De verandering in inwendige energie van een gesloten systeem, Einw, is gelijk aan de energie die aan het systeem wordt toegevoegd verminderd met de hoeveelheid arbeid die het systeem op zijn omgeving verricht. Dit geeft ons de volgende vergelijking: EEEEEEEE = QQ WW In deze vergelijking is Q de netto toegevoegde warmte aan het systeem en is W de netto verrichte arbeid door het systeem. Om deze formule goed te gebruiken dienen er enkele tekenconventies nageleefd te worden: Toegevoegde warmte is + Verloren warmte is - Arbeid op het systeem is + Arbeid door het systeem is - Bovenstaande vergelijking is bekend als de eerste hoofdwet van de thermodynamica. Het is een van de belangrijkste wetten uit de natuurkunde, en de geldigheid ervan berust op experimenten waarop geen uitzonderingen zijn waargenomen. Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Warmteoverdracht De overdracht van warmte van het ene voorwerp, plaats of lichaam naar het andere kan op drie manieren gebeuren: geleiding, convectie en straling. In praktijk kan het zijn dat twee of drie manieren op hetzelfde moment gebeuren. In het kader van dit onderzoek zal er enkel dieper gegaan worden op geleiding daar dit de warmteoverdracht is die optreed bij koudebruggen en dus bestreden dient te worden. Bij veel materialen is warmtegeleiding voor te stellen als iets dat tot stand komt door temperatuurverschillen. Wanneer je een uiteinde van een metalen staaf in het vuur houdt, wordt ook het andere uiteinde warm. Dit komt doordat de thermische energie van het vuur, de moleculen in de staaf doet bewegen. Wanneer deze moleculen botsen met hun langzamere buren zullen ook zij sneller bewegen. Zo ontstaat er een lange reactie van botsingen en overdracht van kinetische energie. In metalen zijn het voornamelijk de vrije elektronen die met elkaar botsen en zo voor een relatief snelle warmtegeleiding zorgen. Warmtegeleiding tussen twee plaatsen kan enkel voorkomen wanneer er een temperatuurverschil is tussen deze twee punten. De snelheid van deze warmtestroom is recht evenredig met het temperatuurverschil, de omvang en vorm van het object. Wanneer we de warmtestroom in een formule gieten krijgen we volgend resultaat: t T ka T l Q 1 2 Hierin is A de dwarsdoorsnede van het voorwerp en l de lengte van het voorwerp. T1 en T2 zijn respectievelijk de begin- en eindtemperatuur. K is een evenredigheidsconstante die de thermische conductiviteit wordt genoemd. Deze factor is eigen aan het materiaal. Stoffen met een grote k-waarde geleiden warmte snel en worden goede thermische geleiders genoemd. Stoffen met een lage k-waarde geleiden warmte niet snel en worden warmte-isolatoren genoemd. 8 9 Eindwerk 52

53 Thermische conductiviteit, k stof Kcal/(s*m* C) J/(s*m* C) Zilver 10 * Wol 0,1 * ,040 Ganzendons 0,06 * ,025 Koper 9,2 * Polyurethaan 0,06 * ,024 Aluminium 5,0 * lucht 0,055 * ,023 Staal 1,1 * IJs 5,0 * Glas 2,0 * ,84 Isolatiewaarden In de bouwindustrie maakt men gebruik van andere waarden om de thermische geleidbaarheid van bepaalde materialen weer te geven. Men spreekt hier van de R-waarde, wat de thermische weerstand weergeeft. R / k Baksten 2,0 * ,84 Beton 2,0 * ,84 Water 1,4 * ,56 Menselijk weefsel 0,5 * ,2 Hout 0,3 * ,1 Glasvezel 0,1 2* ,048 Kurk 0,1 * ,042 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Hierbij is l een gegeven dikte van het materiaal en k de thermische conductiviteit van dit materiaal. De SI-eenheid van R is (K*m²)/W ((Kelvin * vierkante meter)/watt). Het tegenovergestelde van de R-waarde is de U-waarde (vroeger K-waarde). De U-waarde staat voor de thermische geleiding van een materiaal. U 1/ R k / De SI-eenheid voor de U-waarde is W/(K*m²) Deze waarden zijn snel terug te vinden voor de meeste bouwmaterialen Eindwerk 53

54 Wat zijn koudebruggen KOUDEBRUGGEN Een koudebrug wordt gevormd wanneer een goede thermische geleider de afsluiting vormt tussen twee ruimtes die in temperatuur sterk van elkaar verschillen. Wanneer dit het geval is, zal via dit materiaal de warmte van de ene ruimte wegvloeien naar de andere ruimte. Een ander gevolg van een koudebrug is het vormen van condens op het koude materiaal aan de warme zijde. Dit vocht kan voor verschillende problemen zorgen in de ruimte. Zo kunnen er vochtplekken en schimmels ontstaan. Onderstaande figuur geeft links een niet thermisch onderbroken verbinding en rechts een thermisch onderbroken verbinding. Naast het temperatuurverschil tussen beide situaties is ook te zien dat de koude stroom veel verder naar binnen trekt wanneer er geen thermische onderbreking aanwezig is. Op de linker figuur geeft de rode cirkel weer waar er condensatie kan optreden. Koudebruggen in de bouw De grootste plaats waar men bewust bezig is met het bestrijden van koudebruggen is in de bouwindustrie. Het goed isoleren van een huis gaat veel verder dan isolatiemateriaal toevoegen aan de zijwanden. Vooral bij ramen wordt er steeds intens gezocht naar innovatieve oplossingen om een koudebrug te vermijden. Vaak wordt er gebruik gemaakt van een stilstaande luchtlaag. Daar lucht een zeer lage thermische conductiviteit heeft, zal er slechts weinig warmtestroom mogelijk zijn. Dit wordt verwezenlijkt door gebruik te maken van dubbelglas. Tussen beide glaslagen is er een ruimte voorzien die gevuld is met lucht. De raamkozijnen worden thermisch onderbroken door gebruik te maken van een ander, niet thermisch geleidend materiaal. Kunststoffen worden hiervoor het meest toegepast. Deze elementen worden thermal breaks genoemd. Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/ Eindwerk 54

55 Een woning bevat ook veel componenten die open en dicht moeten kunnen gaan: ramen, deuren en poorten. Bij deze onderdelen zijn er steeds spleten en kieren die ervoor zorgen dat er tocht kan op treden doorheen de woning. Door tochtbanden of sluitingsrubbers toe te passen, worden deze openingen voldoende afgesloten zodat er geen koude luchtstroom binnen de woning kan dringen. Anderzijds kan het gebruik van een rubber van slechte kwaliteit ervoor zorgen dat er net meer warmte via de slechte afsluiting verloren gaat. Koudebruggen in andere industrieën Andere sectoren die vaak in aanraking komen met koudebruggen en warmtegeleiding zijn producenten van frigo s, koelwagens en ovens Kortom alle producten die een ruimte afschermen van de buitenlucht en waarin de (thermische) omstandigheden zeer sterk verschillen. Er is geen uniforme manier om deze producten thermisch te onderbreken en de gebruikte manier is vaak een bedrijfsgeheim. Toch valt het gebruik van sluitrubbers niet te vermijden in quasi elk mogelijke oplossing. Soorten scharnieren SCHARNIEREN Er bestaan duizenden verschillende soorten scharnieren in allerlei formaten, vormen en materialen. De scharnieren die hierna besproken worden zijn scharnieren die reeds toegepast worden of kunnen worden toegepast in de Adventure Cel van TAVEIRNE MOBIL. Pianoscharnieren Pianoscharnieren vind je in allerlei maten en materialen. Ze voorzien een scharnierlijn over een grote lengte waardoor de krachten optimaal verdeeld worden en een perfecte begeleiding gecreëerd wordt. Ze worden voornamelijk bij meubels ingewerkt. In de camper-industrie is het gebruik van tochtbanden en sluitingsrubbers zeer courant. Verschillende maten en materialen worden hiervoor toegepast. Ze worden tevens gebruikt om het stof, water en vuil buiten te houden als ook een thermische onderbreking te voorzien. Daarnaast zorgen ze ook voor een stilstaande luchtlaag wat zeer sterk thermisch isolerend is. Geschikte materialen voor het bestrijden van een koudebrug Er zijn veel materialen geschikt voor het bestrijden van een koudebrug. Deze materialen moeten een lage k-waarde hebben zodat de warmte zeer moeilijk doorheen het materiaal kan geleiden. Daarnaast moet het materiaal ook verwerkbaar zijn zodat het toegepast kan worden in de nauwe omgeving van bijvoorbeeld een raamkozijn. Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Afneembare scharnieren Deze scharnieren worden voornamelijk bij deuren gebruikt. Een zijde van het scharnier zit los in de andere en wordt door zwaartekracht op zijn plaats gehouden. Door die zijde op te heffen kan het scharnier zich gemakkelijk in twee delen splitsen en losgenomen worden Eindwerk 55

56 Zware scharnieren In de Adventure Cel zijn er componenten die een groot gewicht bezitten of die een groot gewicht moeten kunnen ondersteunen. Het scharnier dat het dak laat bewegen of het scharnier dat de trap laat kantelen zijn hier voorbeelden van. Deze scharnieren zijn sterken en bieden meer stevigheid dan de normale scharnieren. Gekozen scharnier Het scharnier dat na de vorige analyse het meest geschikt lijkt is het kunststof pianoscharnier. Het pianoscharnier zorgt voor een goede begeleiding van het zijpaneel over de volledige lengte en sluit de scharniernaad volledig af waardoor er geen vocht en tocht in de cel kan komen. Bovendien is dit scharnier gemaakt uit een PVC kunststof waardoor de thermische geleiding een pak lager licht dan bij metalen pianoscharnieren. Verborgen scharnieren Wanneer het scharnier niet zichtbaar mag zijn, of mooi weggewerkt dient te worden in de omgeving, wordt er gebruik gemaakt van verborgen scharnieren. Deze hebben vaak een ingewikkeld systeem om de scharnierende werking te verwezenlijken. Ze worden vaak toegepast voor kastdeuren. Scharnieren met positiecontrole Wanneer een element op verschillende posities moet blijven staan, wordt er gebruik gemaakt van scharnieren met positiecontrole. Deze scharnieren bezitten een mechanisme waardoor ze ofwel op een vaste ofwel op elke positie kunnen blijven staan. Dit wordt bijvoorbeeld gebruikt bij het positioneren van een beeldscherm. Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 De montage van dit scharnier kan op twee manieren gebeuren. Ofwel wordt het scharnier verlijmd via een sterke silicone lijm ofwel wordt het scharnier vast geschroefd met kunststofschroeven. Een combinatie van beide methoden is ook mogelijk en geeft hoogst waarschijnlijk de beste resultaten. Het scharnier wordt geleverd door het bedrijf Beluma. Het is verkrijgbaar op een rol van 15m. Daar de Adventure cel 3,20 meter lang is, en dit aan beide zijden moet bekleed worden met het scharnier, kunnen er per rol twee producten mee bekleed worden Eindwerk 56

57 EXPERIMENTEN Dit wil zeggen dat er per seconde 304 J warmte wegstroomt doorheen het scharnier. Wanneer we nu kijken naar het vermogen van de verwarmeenheid in de cel, kunnen we nagaan of de deze voldoende vermogen heeft om de cel op temperatuur te houden. Opmerking: er komen veel meer warmtestromen voor in de wooncel dan enkel in het scharnier. Doelstelling Met de volgende experimenten wil ik bewijzen dat het gevonden kunststofscharnier van Beluma een geschikte kandidaat is om te gebruiken in mijn eindwerk. Dit wordt gedaan door een experiment waarbij de k-waarde van het scharnier en de snelheid van temperatuuropname bekeken wordt. Bij het tweede experiment werd er snel prototype gemaakt om te zien of dit scharnier ook op een correcte manier ingebouwd kan worden. Met het derde experiment bekijken we de bestaande wooncel en zoeken we verbeteringen voor de koudebruggen die er nu nog aanwezig zijn. Zo wordt de deur- en trapkader op een andere manier geconstrueerd zodat er geen koudebruggen meer aanwezig zijn. Ook wordt er reeds gekeken naar een mogelijke manier om het nieuwe dak systeem thermisch te onderbreken. We maken dezelfde berekening voor een standaard, aluminium pianoscharnier. Aluminium heeft een k-waarde van 200 W/(mK). Wanneer we dit in de formule ingeven kregen we volgend resultaat: T ka T l Q 1 2 t ,16 = J/s = 304 kj/s 0,002 Dit is een factor 1000 groter dan bij het kunststoffen scharnier. Op vlak van warmtestroom is het scharnier van Beluma duidelijk veel beter. Experiment 1: bepalen van de k-waarde en warmtestroom De k-waarde wordt bepaald door middel van dure meetinstrumenten en is niet zomaar eenvoudig te deduceren uit een experiment. De producent BELUMA beweert dat het scharnier uit PVC is opgebouwd. Na opzoekingswerk werd er voor dit materiaal een warmtegeleidingscoëfficiënt gevonden van 0,13-0,30 W/(mK) voor hard PVC en een waarde van 0,13-0,25 W/(mK) voor zacht PVC. We nemen een waarde van 0,2 W/(mK) om het rekenwerk mee uit te voeren. Deze waarde licht in het bereik van beide mogelijkheden. We stellen het realistische scenario dat de kampeer cel zich in een kouder klimaat bevindt. Binnenin de cel bedraagt de temperatuur 21 C, buiten is het slechts 2 C. Hoeveel warmte stroomt er per seconde doorheen de scharnieren weg naar buiten? Hierbij is: t k = 0,2 W/(mK) l = 2mm = 0,002 m A = 0,05m x 3,2 m = 0,16 m² T1 = 21 C = 294 K T2 = 2 C = 275 K T ka T l Q 1 2 Wanneer we deze waarden in de formule invoegen krijgen we het volgende: Q ,2 0,16 = 304 J/s t 0,002 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Experiment 2: toepassen van het scharnier Om de inbouwmanier van dit scharnier te testen, wordt er een prototype gemaakt. Hierbij werd gekeken naar de optimale positie en oriëntatie van het scharnier. Beluma zelf raad aan om het scharnier te verlijmen of vast te schroeven Eindwerk 57

58 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/ Eindwerk 58

59 Experiment 3: ontwerpaanpassingen In overleg met de dhr. Vanderderbeken Stijn, Industrieel ingenieur, en Johan Taveirne werden er enkele aanpassingen gemaakt aan het ontwerp van de bestaande Adventure Cel. Deze aanpassingen hadden als doel om de nog aanwezige koudebruggen weg te werken zonder grote wijzigingen te brengen in de vormgeving van het product. Een eerste aanpassing werd gemaakt aan de deur en trap van de bestaande cel. Deze was niet volledig thermisch onderbroken. Met de nieuwe manier wordt er wel een volledige thermische onderbreking bekomen. Ook het dak systeem ondergaat enkele aanpassingen die de ervoor zorgen dat de wooncel thermisch goed is afgesloten. Het gebruik van sluitingsrubbers en speciale profielen om een extra stootwand te voorzien zijn de toegepaste technieken. Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/2016 Onderzoek naar warmtegeleiding bij scharnierende elementen 4/11/ Eindwerk 59