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

[email protected]

[email protected]

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



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



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



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



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



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

http://greenlight.energystop.v-b.be/IP.htm




NedZink Paper Tuinverlichting Mathieu Lefebvre Wouter Robeyns

Documents

Transcript of NedZink Paper Tuinverlichting Mathieu Lefebvre Wouter Robeyns