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"the balloons"

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von Carina Beck, Katharina Ganner

betreuer: Valentine Troi

Inhaltsverzeichnis

Idee

Freiformschalen sind formschön und durch die gekrümmte Oberfläche sehr stabil. Beim Formenbau der Negativform entstehen jedoch oft hohe Kosten durch die Verwendung von CNC-Fräsmaschinen. Eine weitere Schwierigkeit besteht bei der Herstellung einer komplett glatten Oberfläche. Ein Luftballon besitzt über eine glatte Oberfläche, ist leicht verformbar und in den verschiedensten Größen erhältlich. Unser Projekt beschäftigt sich daher mit dem Einsatz dieser als Schalung für Freiformflächen in Verbindung mit der Herstellung von Glasfaserkunststoffschalen. Eine Methode wird durch experimentieren entwickelt.

Verformung

Unser erster Schritt war das Experimentieren an unterschiedlichen Verformungstechniken.

Bei der ersten Methode, werden in den unaufgeblasenen Ballon, Stäbe mit verformten Enden eingebracht. Diese werden mit Hilfe von Fäden an die Ballonhaut gebunden. Mit dieser Methode kann der Ballon gut verformt werden. Bei längeren Stäben ist das Einbringen in den Ballon allerdings sehr beschwerlich und es besteht die Gefahr die Ballonhaut zu verletzen.

Das zweite System zur Verformung besteht aus einer Öffnung, die in eine Platte geschnitten wurde. Durch diese wird der Luftballon gesteckt. Die Verformung des Luftballons ist gering; jedoch ist es eine gute Lösung zur Ausbildung des Randes, da sich der Ballon recht gut an die Schnittlinie anpasst.

Mit Drehverschlüssen wird eine, im Inneren des Ballons verspannte Schnur, an der der Ballonhaut befestigt. Ein punktgenaues Arbeiten wäre mit diesem System möglich. Allerdings wird die Ballonhaut in den meisten Fällen zerstört. Eine ähnliche Methode mit Magneten lässt ebenfalls Löcher in der Haut entstehen.

Blättchen mit Haken, an denen die verspannende Schnur befestigt ist, werden in den Ballon eingebracht. Diese werden von außen mit einem Faden an der Haut angebunden. Durch variieren der Größe des Blättchens können ebene Flächen im verformten Luftballon entstehen. Es entstehen keine Falten. Bei dieser Methode geht jedoch durch die Umschließung der Blättchen durch die Ballonhaut relativ viel Ballonhüllfläche verloren.

Kugeln werden mit Fäden im Inneren des Ballons an die Haut gebunden und miteinander verspannt. Dabei kann die Anzahl und Größe der Kugeln variieren. Von außen sind die Kugeln nicht sichtbar, wodurch es möglich wird, eine schöne Oberfläche beim Einharzen zu erzielen. Diese Methode ist schnell, einfach und liefert gute Ergebnisse, weswegen sie bei den meisten weiteren Experimenten verwendet wurde.


Abb.01: Knoten_Stäbe Abb.02: Knoten_Karton Abb.03: Knoten_Gewinde

Abb.04: Knoten_Blättchen Abb.05: Knoten_Kugeln

Raster

Zur leichteren Orientierung beim Verknoten des Luftballons haben wir einen Raster aufgebracht.


Abb.06: Raster

Formenkatalog

Im Formenkatalog werden Luftballons mit unterschiedlichen Verformungen nach Größe, System der Verformung und Elastizität kategorisiert.Außerdem werden Fadenlängen und verwendete Knotenpunkte festgehalten. Durch das Variieren verschiedener Ballongrößen, Fadenlängen und Verspannungen konnten wir diese Faktoren gut aufeinander abstimmen.Kugelgröße und Fadenlänge werden in relativen Prozent zur angegebenen Luftballongröße gesetzt; nützlich sind dabei auch die Relation zum unaufgeblasenem Ballon.

Abb.07: Formenkatalog Beispiel 1 Abb.08: Formenkatalog Beispiel 2 Abb.09: Relationen

Elastizität

Dem Naturkautschuk wird vom Hersteller Schwefel hinzugefügt, der die Elastizität erhöht. Da jedes Fabrikat unterschiedlich ist, variieren die Ballons von hoch elastisch bis schwer verformbar. Die Formensprache der verformten Ballons hängt daher auch vom Material des Ballons ab. Sehr elastische Ballons werden leicht stark verformt und es ist möglich viele Verspannungen einzusetzen.Bei mittlerer Elastizität gibt es eine allgemeine Verformung des Ballons. Die meisten Ballons entsprechen dieser Art. Bei wenig Elastizität muss die Luft im Ballon während dem Aufblasen in Position gedrückt werden. Dies funktioniert bei kleineren Ballons relativ gut, stellt jedoch bei Größeren ein Problem dar.


Abb.10: geringe Elastizität Abb.11: gmittlere Elastizität Abb.12: hohe Elastizität

Formengleichheit

Um unsere Methode und den Formenkatalog zu überprüfen versuchten wir drei formgleiche Ballons herzustellen. Die einzelnen Rasterpunkte übertrugen wir mit Hilfe eines 3d-Laserarmes in ein 3d-Programm.Die Punktewolke, die wir durch diese Methode erhielten, verbanden wir dann zu dem, auf den ursprünglichen Ballonen vorhandenen, Raster. Daraus lässt sich eine 3d-Fläche erstellen.

Wie bei dem, im Formenkatalog verwendeten Raster, gibt es auch hier Horizontalen und Vertikalen. Die jeweils entsprechenden Linien der drei Luftballons wurden übereinander gelegt und deren Abweichungen zueinander verglichen. Die Abweichungen wurden in bestimmten Abständen gemessen (in Millimetern), verglichen und daraus ein Mittelwert gebildet.


Abb.13: Orinalluftballons Abb.14: Punktewolke, Rastersystem, Gesamtfläche

Abb.15: horizontale Rasterebenen Abb.16: Mittelwerte der Horizontalen

Abb.17: vertikale Rasterebenen Abb.18: Mittelwerte der Vertikalen

Digital

In Folge versuchten wir die Nachbildung eines verformten Ballons in einem 3d-Programm. Ein Polygon, das in grobe Flächen eingeteilt war, wurde mehr und mehr verformt. Die einzelnen Flächen und Knotenpunkte orientierten sich wiederum am schon vorher verwendeten Raster. Am Ende der Verformung wurde das so generierte Modell abgerundet. Hier sieht man das entstandene Modell, und im Vergleich dazu den Luftballon im Original.


Abb.19: im Entstehen Abb.20: im Vergleich

Modellbau

In den weiteren Versuchen experimentierten wir mit dem Verhalten von Luftballons in Kombination mit Glasfaserkunststoff.

1d-Glasfaserfaden

Die folgenden Versuche basieren auf der Verwendung einer Glasfaserschnur. Verwendet wurde beim ersten Versuchen ein sehr dünner Glasfaserroving, der in unterschiedlicher Dichte aufgebracht wurde. Am Besten funktionierte dieses, wenn man den Faden vorher einharzte und dann um den Ballon wickelte. Abhängig davon, wie oft der Faden um den Luftballon gewickelt wird, kann man die Dichte und Stabilität des Modells beeinflussen.

Abb.21: Glasfaserroving Abb.22: im Entstehen Abb.23: fertige Modelle


Beim nächsten Modellversuch wurde ein dickerer Glasfaserroving, der aus vielen dünnen Fäden besteht, um einen Luftballon mit einem Durchmesser von 50 cm gewickelt. Zusätzlich haben wir das Epoxiharz rot eingefärbt. Auf Grund der Verformung des Luftballons waren einige Flächen eher schwierig zu umwickeln. Damit abstehende Fäden besser am Luftballon anliegen, wurde nach Aufbringen der Schnur noch zusätzlich Harz aufgepinselt. Dadurch entstanden beim fertigen Modell gefüllte Flächen zwischen den einzelnen Fäden. Mit dem Herausschneiden der Harzflächen kommt ein wirres Muster zutage und die Schnurstruktur besser zur Geltung.

Abb.24: Glasfaserroving Abb.25: im Entstehen Abb.26: fertiges Modell


Ein Riesenluftballon wurde auf eine ungefähre Größe von 120cm Durchmesser aufgeblasen. Zunächst wurde Folientrennmittel aufgetragen, um die Ballonhaut zu schützen. Anschließend wurde der Ballon mit einem eingeharzten Glasfaserroving umwickelt. Kabelbinder als Verschluss für den Luftballon, machen es möglich, ihn für weitere Modelle zu verwenden. Das ausgehärtete Modell wurde vom Luftballon gelöst und als Lampe eingesetzt. Es ergibt sich ein schönes Schattenspiel.

Abb.27: Glasfaserroving Abb.28: im Entstehen Abb.29: fertiges Modell

2d-Glasfasergewebe

Das Glasfasergewebe besteht aus ineinander verwobenen Faserschnüren und besitzt eine gute Drapierfähigkeit, wodurch es sich sehr gut über die gekrümmten Flächen harzen lässt. Allerdings muss es bei komplizierten Verformungen auch in Stücken über den Luftballon drapiert werden. Die Überlappungen der einzelnen Teile bleiben sichtbar. Auffallend war die Blasenbildung bei den Tiefpunkten. Da das Material eine relativ dichte Struktur hat, wird leicht Luft eingeschlossen und kann nicht mehr entweichen. Dies kann bei Ballonen ein Problem darstellen, da diese immer ein wenig Luft über ihre Oberfläche verlieren. Die fertigen Modelle lassen sich gut vom Luftballon lösen und bilden eine stabile Schale. Störend wirken die überlappenden Gewebestücke. Die Innenoberfläche ist außerordentlich glatt.

Abb.30: Glasfasergewebe Abb.31: im Entstehen Abb.32: fertiges Modell

2d-Glasfasermatte

Glasfasermatten bestehen aus kurzen Faserstücken.Um die Glasfasermatte verwenden zu können, muss sie in kleinere Stücke gerissen werden, damit sich die Fasern gut über die Krümmungen drapieren lassen. Die Glasfasern werden mit dem Harz und einem Pinsel auf den Luftballon aufgetragen. Im Falle einer Blasenbildung bei den Tiefpunkten, kann die Luft gut von selbst entweichen.Es lassen sich Modelle mit hoher Steifigkeit herstellen. Die fertigen Modelle lassen sich wiederum gut vom Luftballon lösen. Im Inneren entsteht eine sehr glatte Oberfläche.

Abb.33: Glasfasermatte Abb.34: im Entstehen Abb.35: fertiges Modell

3d-Gewebe

Nicht nur eine zweidimensionale, sondern auch eine dreidimensionale Schalenkonstruktion herzustellen ist möglich. Im ersten Versuch wird speziell für den GFK- Bereich vorgesehenes Gewebe verwendet. Um das 3d Gewebe über eine zweifach gekrümmte Form wie einen Luftballon zu drapieren, muss es an den Seiten eingeschnitten werden. Die Flächen können dann jedoch durch die Noppenstruktur gut zusammengefügt werden. Beim Endmodell sieht man die Überlappung kaum. Die Noppen verstärken die Krümmung optisch.

Abb.36: 3D-Gewebe Abb.37: im Entstehen Abb.38: fertiges Modell

3d-Papierfaltung

Beim zweiten Versuch wird ein normales A3 Papier zu einer 3d Struktur gefaltet. Um eine Sandwich-konstruktion zu erhalten, wurde zuerst eine Schicht der Glasfasermatte aufgetragen. Darauf wurde, die mit Epoxiharz getränkte, Papierstruktur gelegt. Schwierig dabei war die Papierfaltung überall gleichmäßig am Ballon anliegen zu lassen. Grund dafür kann jedoch auch eine zu große Dimensionierung der Faltung in Relation zum Ballon sein.


Abb.39: Papierfaltung Abb.40: Papierfaltung Abb.41: im Entstehen Abb.42: fertiges Modell

Gipsabdrücke

Von einem verformten Luftballon wurden Gipsabdrücke abgenommen. Diese, noch weichen Gipsschalen, können verformt werden. So erhält man aus einer Ursprungsform verschiedene Formvarianten. Wichtig beim einharzen der Gipsschalen ist die Behandlung mit Trennwachs. Beim Einharzen passt sich die Glasfasermatte gut den Formen an. Bei kantigen Übergängen war es etwas schwierig, die Glasfasern gut über die Kanten zu harzen. Bei Verwendung von zu viel Harz, rinnt dieses nach unten und bildet „Seen“. Bei dieser Methode ist die glatte Seite der Objekte außen. Bei dieser Versuchsreihe konnte auch mit dem Glasfasergewebe ein gutes Ergebnis erzielt werden.

Abb.42: Variationen Gipsschalen Abb.43: eingeharzte Schalen und fertige ModelleAbb.43: eingeharzte Schalen und fertige Modelle


Ein Riesenluftballon mit einem Durchmesser von 165 cm wird als Schalung für ein Paneel verwendet. Nach dem Aufblasen auf die gewünschte Größe, wurden in Gips getauchte Fatschen aufgebracht. Das Ergebnis ist eine relativ glatte Innenfläche. Die getrocknete Gipsschale wurde mehrmals mit Wachs eingerieben. Das Aufbringen von mehreren Schichten aus Glasfasermatten ist leicht, da die Schale einen stabilen Untergrund bildet. Nach dem Aushärten des Harzes, kann die Gipsschale abgelöst werden.

Abb.44: Gipsschale für ein Paneel Abb.45: Einharzen der Gipsschale Abb.46: fertige Harzschale

Problem

Ein großes Problem stellte das Schrumpfen mancher Luftballone dar. Meist passierte das erst nach dem voll-ständigen Einharzen. Wahrscheinlich zerstört das Harz die Ballonhaut chemisch und führt somit zum langsamen Austreten der Luft. Daher ist es wichtig, sich an einige Punkte zu halten. In den bisher getätigten Versuchen haben sich Glasfasermatten als das beste Material hervorgehoben. Es ist auch sinnvoll eine Trennschicht zwischen dem Luftballon und dem Harz aufzutragen. Hier hat sich das Folientrennmittel als sehr geeignet erwiesen. Jedoch muss man sich dennoch immer bewusst sein, dass ein Luftballon ein Naturprodukt ist, dessen Reaktion mit dem Harz nie ganz sicher vorher zu sagen ist.


Abb.47: Ballon, schrumpfend Abb.48: Tabellen mit Ursachen und Trennmitteln

Einsatzmöglichkeiten

Am Beispiel Möbelbau kann man die vielen Einsatzmöglichkeiten der eingeharzten Luftballone gut verdeutlichen. Da es die Luftballone in verschiedenen Größen gibt, können Gegenstände in unterschiedlichen Maßstäben und für unterschiedliche Zwecke hergestellt werden. Vorteil dieser Herstellungsmethode ist, dass die Körper keine Klebefugen haben, sondern aus einem einzigen Teil bestehen. Außerdem ist jedes Produkt, durch die Variationen des verformten Luftballons, ein Unikat. Eine weitere Möglichkeit ist die Herstellung von Paneelen. Dabei muss schon bei der Planung mit gewissen Toleranzen gearbeitet werden, da die Form des Ballons immer ein wenig abweicht.

Abb.49: Lampe Abb.50: Barhocker Abb.51: Kleinstgebäude Abb.52: Kombination aus Einzelpaneelen



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Attribute

Beck Carina, Ganner Katharina | Troi Valentine | HB2 | "the balloons" | 08SS Bild:1d 4.jpg

Fakten zu "the balloons"RDF-Feed
BetreuerTroi Valentine  +
Image1d 4.jpg  +
LVHB2  +
Semester08SS  +
Titel"the balloons"  +
VerfasserBeck Carina  + und Ganner Katharina  +
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