NedZink Paper Tuinverlichting Mathieu Lefebvre Wouter Robeyns
-
Upload
wouter-robeyns -
Category
Documents
-
view
36 -
download
0
Transcript of NedZink Paper Tuinverlichting Mathieu Lefebvre Wouter Robeyns
5/9/2018 NedZink Paper Tuinverlichting Mathieu Lefebvre Wouter Robeyns - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/nedzink-paper-tuinverlichting-mathieu-lefebvre-wouter-robeyns 1/6
Toepassing voor NOVA Composite (NedZink)Mathieu Lefebvre, Wouter Robeyns
Industrieel Ingenieur - Industrieel Ontwerpen
Campus Graaf Karel de Goedelaan, Kortrijk, België
Abstract — Deze paper bespreekt een voorstel voor toepassing
van een nieuw materiaal, namelijk NOVA Composite van het
bedrijf NedZink. De eigenschappen, ontwikkeling en vooral
meerwaarde van deze toepassing komen onder andere aan bod.
Keywords — NedZink ; NOVA Composite ; Verlichting;
Productontwikkeling ; LED
I. INLEIDING
Deze paper is ontstaan uit een opdracht van het bedrijf
NedZink. Deze ontwikkelde recent een nieuw composietmateriaal, NOVA Composite, bestaande uit 2 lagen zink met
kunststoflaag ertussen. Zo ontstaat een lichtere egalere plaat
dan de klassieke zinkplaat. Het bedrijf contacteerde de
ontwerpafdeling van Howest met de vraag om een onderzoek
te starten naar nieuwe toepassingen voor dit materiaal.
Dit is de bespreking van de ontwikkeling naar ééntoepassing, namelijk een stijlvolle tuinverlichting.
Achtereenvolgens gaat deze paper in op het onderzoeksproces
van deze productontwikkeling, de toelichting van het
bekomen productconcept en een besluit omtrent het gehele
onderzoek.
II. PRODUCTONTWIKKELING
De zoektocht naar een concept met de opgegeven eisen, is
een uitgebreid proces. Om het eindresultaat beter te kunnen
inschatten, kan het nuttig zijn om een beeld te hebben van dit
proces.
Eerst komt een korte verkenning van het materiaal aan bod,daarna een conceptgeneratie en – selectie.
A. Materiaalverkenning
Voor er over toepassingen gedacht kan worden, moet goedduidelijk zijn welk materiaal de opdrachtgever aanbiedt.
Welke eigenschappen heeft de NOVA Composite(NC) en wat
zijn de industriële bewerkingsmogelijkheden?
In de productfiches is te vinden dat het gaat om 2 platenNedZink NOVA Zink 0.5mm met ertussen een 3mm LDPE-
laag. ‗NOVA‘ slaat op het feit dat het zink een chemischpatineerproces ondergaan heeft, waardoor er een egaler
oppervlak verkregen wordt. Verder is te lezen dat:
‘NedZink NOVA Composite vlakker is dan normaal gewalst
titaanzink’ [1]
en
‘De buigsterkte van zinkcomposiet bijna gelijk is aan debuigsterkte van 3mm dik zink. En dit met slechts 50% van het
gewicht.’ [1]
Het uitvoeren van verschillende bewerkingen, bleek zeer
leerrijk. Hieronder een lijst van bevindingen die voortvloeien
uit de toegepaste bewerkingen:
Fig. 1 Genummerd overzicht van bewerkingen
1) Solderen: Het materiaal laat zich goed solderen.
Uiteraard kan best de patinalaag verwijderd worden. Enerzijds
omdat het soldeersel zich beter hecht op het ruwe zink.
Anderzijds is het patina een elektrische isolator, waardoor 2
5/9/2018 NedZink Paper Tuinverlichting Mathieu Lefebvre Wouter Robeyns - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/nedzink-paper-tuinverlichting-mathieu-lefebvre-wouter-robeyns 2/6
gesoldeerde zinklagen met patina weinig kans hebben om
elektriciteit door te geven, indien dit gewenst is.
2) Boren: Er kan vlot door het materiaal geboord worden
met standaard gereedschap. Er treedt slechts een minieme
braam op aan tegenzijde van het boren.
3) Plooien: Plooien op zich is slechts beperkt mogelijk
door de gelaagdheid. Indien 2 van de 3 lagen lokaal
verwijderd worden langs de buiglijn, lukt het plooien veelbeter.
4) Rollen: Tot een radius van 10cm lukt rollen zeker en
levert het mooie gebogen oppervlakken op.
5) Zagen: Mits voldoende ondersteuning geeft zagen een
mooie effen zaagsnede.
6) Snijden: Het snijden gebeurt met een plaatschaar en
veroorzaakt een snede met lichte verzakking van het zink door
het zachtere PE.
7) Schuren: Het is vooral nuttig om de patinalaag af te
kunnen schuren en dit kan zonder probleem met eenschuurmachine of schuurpapier.
8) Verwarmd buigen: Een verwarmd stuk NC laat zich
vlotter buigen doordat de kunststof zachter wordt en kan
vloeien. Aan de randen kan zo materiaaloverschot ontstaan,
dit kan makkelijk afgesneden worden.
9) Frezen: NC laat zich perfect frezen. Zo kunnen
oppervlakken makkelijk weggehaald worden, banen enmotieven aangebracht worden. Dit kan voor-en nadelen
hebben bij latere bewerkingen. Voorbereiding op plooien en
materiaaloverschot bij plooien, respectievelijk, te zien op Fig.
1(3 & 9).
B. Conceptexploratie & -selectie
In de exploratie naar nieuwe toepassingen staat de
meerwaarde van het materiaal centraal. Wat maakt dit
materiaal uniek, waarom kan deze toepassing niet met een
ander materiaal verwezenlijkt worden? Dit zal dan ook een
belangrijke maatstaf zijn in de latere conceptselectie.
Mogelijke meerwaarde kan op gebied van:
Esthetiek: De vormvaste NC-plaat heeft een strak en
sober uiterlijk.
Duurzaamheid: Zink met patinalaag heeft een zeerduurzaam karakter. Daarbij komt ook de geringe behoefte aan
onderhoud of herstelling.
Gewicht: Per volume is de plaat lichter dan een
aluminiumplaat van dezelfde dikte.
Geleiding: Het metaal is zowel elektrisch als
thermisch geleidend. De patinalaag en de kunststof tussenlaag
is dan weer een isolator.
Akoestiek : De gelaagdheid zorgt voor een
geluiddempend effect.
Fig. 2 De 4 kandidaat concepten
5/9/2018 NedZink Paper Tuinverlichting Mathieu Lefebvre Wouter Robeyns - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/nedzink-paper-tuinverlichting-mathieu-lefebvre-wouter-robeyns 3/6
Na enkele brainstorm- en schetssessies, vooral rond de
hierboven genoemde factoren tot meerwaarde, blijkt dat het
materiaal heel wat mogelijkheden biedt. De ideeën die op
verschillende vlakken meerwaarde bieden qua materiaal zijn
uiteraard beter geschikt. Op deze manier blijven een 4-tal
ideeën over na een uitgebreide selectie (zie Fig. 2):
1) Fietslicht: Een kleine NC plaat waar verlichting en
batterij is in verwerkt. Gebogen kan het makkelijk aan eenstuur bevestigd worden. (Voordelen: esthetisch, vormvast en
onderhoudsvrij, zink als geleider)
2) Buitenverlichting: Een langwerpige NC plaat die
makkelijk in de tuin kan aangebracht worden. In de plaat zit
verlichting verwerkt en eventueel batterij, zonnepaneeltje of
sensor.(Voordelen: esthetisch, vormvast en onderhoudsvrij,
zink als geleider)
3) Fietshouder: Een fietsrek voor openbare plaatsen en
gebouwen waar de fiets kan in opgehangen
worden. .(Voordelen: esthetisch, vormvast en onderhoudsvrij)
4) Zonnepaneelmodule: Naar analogie met de klassieke
zinkproducten, zoals dakgoten, dak- en gevelbekleding, een
module waar een zonnepaneel perfect in past. Zo kunnen
zonnepanelen mooi geïntegreerd worden in een dak in plaats
van er op geconstrueerd te worden. (Voordelen: esthetisch,
vormvast en onderhoudsvrij, gekende en grote afzetmarkt)
Uit deze 4 concepten blijkt de tuinverlichting degene met hetmeest potentieel.
III. CONCEPTVOORSTELLING
Om het beeld van het product te vervolledigen, wordt in de
secties hieronder het principe uitgebreid toegelicht en een
overzicht gegeven van technologie, verbindingen, materialen,
productie en assemblage.
A. Principe
De tuinverlichting heeft als belangrijkste kenmerk dat de 2
gescheiden zinklagen dienst doen als geleider voor de high-
power LED bovenaan de staander. Hierdoor kan die een zeer
eenvoudige strakke vorm krijgen, zonder het zicht te verstoren
met bekabeling.
Fig. 3 High-power LED met klikbare behuizing
Fig. 4 Totaalbeeld van het concept
De LED maakt verbinding met de achterste zinklaag in een
uitgefreesd gat bovenaan de staander(Fig. 3). Door een
doorzichtige lensachtige kunststof afsluitkap blijft de LED
tegen het zink gedrukt, eventueel met wat thermisch en
elektrisch geleidende koelpasta. Via het afsluitkapje krijgt de
LED ook contact met de voorste zinklaag.
Fig. 5 Bedrading van de voet
Verder is er een voet voorzien(Fig. 4 & 5), die in de grond
terecht komt en waar de staander inschuift. Zo maakt deze ook
meteen verbinding met de voeding, die op een centrale plaats
5/9/2018 NedZink Paper Tuinverlichting Mathieu Lefebvre Wouter Robeyns - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/nedzink-paper-tuinverlichting-mathieu-lefebvre-wouter-robeyns 4/6
binnenshuis of in een tuinhuis kan staan. De enige kabel in
heel het systeem loopt dan van de voet naar die voeding.
In de voet komt de kabel toe en verdeelt zich na de
trekontlasting naar 4 aluminium strips, 2 onderaan(negatieve
pool) en 2 bovenaan(positieve pool). Wanneer de staander in
de voet schuift, maakt een aluminium pin vooraan verbinding
met één van de bovenste aluminium strips, een andere
aluminium pin achteraan maakt verbinding met één van de
onderste strips. Op deze manier maakt het niet uit welke kant
van de staander vooraan in de voet zit.
B. Technologie
Het concept steunt op een beperkte hoeveelheid technologie,
wat het geheel enkel maar goedkoper en duurzamer maakt. De
enige technologie die verwerkt zit in de verlichting, is LED-
technologie. Deze heeft de afgelopen jaren sterke vooruitgang
geboekt, waardoor er slechts een enkele 3W LED nodig is om
een enorme hoeveelheid licht te produceren.
Fig. 6 Lichtproductie High-power LED
Verder heeft deze LED een 3.5V spanningsbron nodig die
minimum 1.2A kan leveren. Hiervoor bestaan standaardtransformators op netspanning.
Zoals elke verlichting, krijgt ook deze een IP-waarde[2]
toegekend, namelijk IP44. Dit betekent dat de verlichtingbeschermd is tegen voorwerpen groter dan 1mm diameter en
tegen opspattend water. Met deze rating mag het zeker dienen
als tuinverlichting.
C. Verbindingen
Een sterk punt aan dit concept is de manier waarop de
verbindingen zijn opgebouwd. Namelijk alle verbindingen
zijn volledig losneembaar. Waardoor het geheel dus makkelijk
assembleer- en demonteerbaar is, dit vereenvoudigt productie
en eventueel herstel of onderhoud.
1) Voet: De voet bestaat uit 3 kunststofplaten die samen
worden gehouden door 8 bout-moer verbindingen. Deze
bouten zorgen meteen ook voor de verbinding tussen de
klemmetjes aan het einde van de draad met telkens 2
aluminium strips. Het aanspannen van de moer, zorgt dat
klemmen, strips en sluitringen op elkaar worden gerukt en
onderling gaan geleiden. De ene bout onder klemmetjes vangt
ook de kracht van de trekontlasting op die via een uitgefreesde
baan rond deze bout zit.
2) Connectiepin: Dit pinnetje zit in de NC plaat gedrukt en
blijft op zijn plaats door een klik- of schroefdraadverbinding.
Het maakt rechtstreeks contact met het zink om stroom te
geleiden vanuit de aluminium strips.
3) LED afsluitkap: Dit kunststof kapje wordt met een klik-
of schroefdraadverbinding in de NC plaat vastgezet. Wanneer
het vast komt te zitten, drukt het enerzijds de LED tegen de
achterste zinklaag en zit in de verbinding ook de geleider naarde voorste zinklaag. Verder drukt het ook een rubber
afsluitring samen, die zorgt voor de vochtbescherming.
D. Materialen
Naast het basismateriaal van dit concept, de NC plaat, zijn
nog een aantal andere materialen nodig voor de bijkomende
onderdelen:
1) Aluminium: De connectiestrips, connectiepinnen en de
geleider in de draad zijn uit aluminium. Waar typisch koper
gebruikt wordt voor elektrische verbindingen, is dit hier sterk
te vermijden. Het product komt mogelijks in een vochtige
bodem, waar zink en koper dicht bij elkaar een
redoxreactie(reductie-oxidatie) gaan veroorzaken. Reductie
van zink leidt echter tot een snellere aantasting ervan.
Aluminium daarentegen heeft ook goede geleidende
eigenschappen met als voordeel dat het geen chemische
reactie aangaat. Verder is het ook goedkoop en makkelijk
bewerkbaar.
2) PVC: De 3 platen van de voet worden uit PVC gemaakt.
Dit is een zeer goedkope kunststof met aanvaardbare
eigenschappen voor sterkte en slijtage. De voet komtgrotendeels in de grond terecht, waardoor aan het materiaal
geen hoge esthetische eisen moeten gesteld worden. Ook het
transparante afsluitkapje voor de LED wordt uit PVC gemaakt.
3) Staal: De bouten, moeren, sluitringen en klemmetjes
zijn uit RVS vervaardigd. Dit zijn standaardonderdelen diegemakkelijk verkregen kunnen worden. De trekontlasting, een
ring die rond het uiteinde van de draad geklemd wordt, is ook
een stalen onderdeel.
4) Rubber: Tenslotte is een rubberen afsluitring nodig om
de LED af te sluiten. Dit flexibel materiaal is nodig zodat het
tussen de NC plaat en de afsluitkap samengedrukt kan wordenom de ruimte er onder vochtvrij te houden.
E. Productie
Alle onderdelen hebben een eenvoudige productie- en
assemblagemethode. Het principe van ‗Design for Assembly‘en ‗Design for Disassembly‘ waren in dit project steeds een
belangrijk uitgangspunt. Het heeft namelijk veel positieve
invloed op productiekosten, duurzaamheid en ecologische
impact.
1) Staander: De staander is een stuk gesneden, gezaagd of gelaserd uit NC plaat. Een gesneden stuk zal een lichte
verzakking van het zink vertonen aan de randen. Zagen of
laseren genieten dus de voorkeur. Afhankelijk van de
afwerkingsgraad moeten de randen voorzichtig opgeschuurd
5/9/2018 NedZink Paper Tuinverlichting Mathieu Lefebvre Wouter Robeyns - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/nedzink-paper-tuinverlichting-mathieu-lefebvre-wouter-robeyns 5/6
worden, zonder de patinalaag te beschadigen. Verder moeten
nog 3 gaten uitgefreesd worden, 1 voor de LED en 2 voor de
connectiepinnen.
De enige moeilijkheidsgraad van heel het ontwerp is het
consistent rollen van de bekomen plaat. De staander is in 2
richtingen gebogen, dus het moet 2 maal gerold worden.
Steeds exact dezelfde vorm verkrijgen, zal industrieel
waarschijnlijk een moeilijke zaak zijn. Enerzijds moet dit
geen probleem vormen, aangezien vormafwijking nauwelijks
zal opvallen bij vergelijken van enkele lampen op afstand van
elkaar in een tuin. Anderzijds kan men opteren om de vorm te
verkrijgen door de plaat in een mal te drukken. De vorm is
natuurlijk slechts een esthetische keuze en is eventueel nogvrij te kiezen binnen het concept.
De afmetingen van de staander zijn zodanig dat er zonder veel
materiaalverlies een maximaal aantal in een standaard plaat
past.
Fig. 7 Productie NC staander & PVC voet
2) Voet: De voet bestaat uit 3 platen PVC. Deze zijn
gemakkelijk te laseren of te frezen. Alle 3 de platen hebben
dezelfde buitenafmetingen en boringen. De buitenste 2 platen
zijn identiek. Deze hebben elk nog 2 gefreesde banen waar de
connectiestrips in passen en 8 gefreesde gaten aan de boringen
om de bout-moer verbinding te kunnen verzinken. De
binnenste plaat een volledig doorgefreesde baan waar de draad
zich splitst en gefreesde baan die dient als trekontlasting.
3) Connectiestrips: Deze zijn eenvoudig te frezen of zelfs
te ponsen. Het gaat namelijk om dunne afgeronde strips
aluminium met 2 sleufgaten.
4) Connectiepinnen: Dit zijn kleine gegoten aluminium
knoopjes. De klikverbinding is gegoten in het stuk zelf. Indien
schroefdraadverbinding stand houdt in de NC plaat, kan hetstuk nog makkelijker uit een aluminium draadstang gemaakt
worden.
5) Afsluitkap: Dit is een PVC gietstuk ook met klik- of
schroefdraadverbinding.
Verder zijn er nog enkele standaard te vinden onderdelen
zoals bouten, moeren, sluitringen, rubberen afsluitring enelektrische draad.
F. Assemblage
Door het assemblagegericht ontwerp is dit aspect zeer voor de
hand liggend. Er zijn ook nergens onderdelen die met nauwe
toleranties in elkaar moeten passen, zodat dit ook geen
tijdsverlies oplevert.
De staander is al klaar door de connectiepinnen vast te
klikken en de LED vast te klikken met de afsluitkap.
Fig. 8 Assemblage LED
Fig. 9 Assemblage connectiepinnen
Voor de voet is dit kort stappenplan voldoende:
8 boutjes met sluitring in de boringen van een zijplaat
aanbrengen 2 aluminium strips in de sleuven leggen
De elektrische draad in de trekontlasting klemmen van
de middenplaat klemmen
De klem van de negatieve pool over de onderste bout
leggen en de middenplaat over de boutjes schuiven De klem van de positieve pool over de bovenste bout
leggen De andere zijplaat over de bouten leggen
Sluitringen en moeren aanbrengen en aandraaien
Fig. 10 Assemblage voet
5/9/2018 NedZink Paper Tuinverlichting Mathieu Lefebvre Wouter Robeyns - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/nedzink-paper-tuinverlichting-mathieu-lefebvre-wouter-robeyns 6/6
De tuinverlichting is zo klaar om in de grond te steken en te
verbinden met een transformator. Het ontwikkelen van de
component tussen de verlichting en de netstroom valt buiten
de scope van dit project.
G. Vormgeving
Voor de vormgeving werd gekozen voor een organische
vorm. Met als inspiratie de ―zweepslag‖ die typisch is voor
Art Nouveau. Tevens wordt de vormgeving gebruikt alsmetafoor, een belangrijk aspect van Art Nouveau betreft
namelijk het toepassen van nieuwe materialen en technieken
die in gebruik werden genomen, deze boden immers eennieuwe waaier aan mogelijkheden voor verscheidene
toepassingen en vormgeving.
IV. CONCLUSIE
Uit dit onderzoek blijkt duidelijk dat het aangeboden
materiaal veel mogelijkheden biedt. Naast het voorgestelde
concept, zijn nog talloze andere toepassingen mogelijk. Dat
brachten de brainstormsessies en conceptexploraties in
overvloed aan het licht. Waarom net het concept van deze
tuinverlichting het meest potentieel heeft, staat hier nog eens
opgesomd:
Esthetiek: een visueel 3D product dat gebruikt maaktvan de zinklagen aan beide kanten van het product te
benutten. Door de composiet een organische vorm te
geven is ook duidelijk dat vormgeving van deze
composiet zich niet enkel hoeft te beperken tot vlakke,
rechte vormgeving, zonder zijn esthetisch strak uiterlijk
te verliezen. Ook het uiterlijk van de zinkplaat istijdloos.
Vormvastheid: Door gebruikt te maken van de fysisch
aanwezige stijfheid van het materiaal kan een structuurgemaakt worden die enkel het composietmateriaal
nodig heeft om een vormvast geheel te vormen.
Duurzaamheid: Het duurzaam karakter van de
composiet maximaal te gebruiken door het product in
een outdoor omgeving te plaatsen
Gewicht: Het lage eigengewicht van het materiaal en
de slanke vormgeving zorgen voor een
gebruiksvriendelijk product.
Geleiding: De unieke eigenschap van deze composiet,
op elektrisch (en thermisch) vlak te benutten. Decomposiet namelijk gaan gebruiken om een elektrisch
vermogen te transporteren. Daarnaast zorgen de
patinalaag en de kunststof tussenlaag voor elektrische
isolatie. Hieruit volgt de afwezigheid van kabels.
Onderhoud: Voor de gebruiker is het onderhoudsvrijzijn van het NC materiaal een belangrijk aspect van het
product.
DANKWOORD
Als ontwerpteam willen we graag de firma NedZink
bedanken voor het aanreiken van een interessant nieuw
materiaal en hopen dat onze inspanningen iets kunnenbetekenen in hun zoektocht naar nieuwe toepassingen.
Verder bedanken we ook Howest en in het bijzonder de
ontwerpopleiding die deze samenwerking mogelijk maakt. Zij
reiken ons ook de tools, geestelijk en materiaal, om dergelijke
uitdagingen doelgericht aan te gaan.
Tenslotte bedanken we nog Dr. Ir. Detand J. en Dhr. BleuzéT. voor de continue en constructieve begeleiding bij dit
project.
REFERENTIES
[1] NedZink , ―Verwerkingsvoorschriften NedZink Nova Composite‖
[2] (2011) International Protection Code page on energystop.v-b.be.
[Online]. Available: http://greenlight.energystop.v-b.be/IP.htm