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Reaktives beschattungsmodul

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von Veronika Lamprecht, Katharina Heidler

betreuer: Ursula Ender


Inhaltsverzeichnis

Einführung

Vorgeschichte

In unseren langen Vorstudien haben wir uns ursprünglich mit ganz anderen Themen auseinandergesetzt. Themenschwerpunkte waren Bauelemente, welche Strömungen in Form von Wind und Lawinen ausgesetzt waren. Dabei haben wir eine Konstruktion entwickelt, die auf „Aktion und Reaktion“ basiert und autark funktioniert - also ohne zusätzliche mechanische Hilfe. Jedoch erschien uns das System nicht immer praxisfreundlich gegenüber unkalkulierbaren Kräften wie Lawinen. Begeistert vom System wollten wir es aber nicht gänzlich aufgeben und haben es mit einer neuen, zweckmäßigen Nutzung verbunden.


Konzept

Wir haben ein Beschattungssystem entwickelt, das sich ohne zusätzliche mechanische Hilfe selbständig nur aufgrund von Lufttemperaturdifferenzen öffnet und schließt.



Das Beschattungssystem besteht aus einem Stahlgitter auf dem „flügelförmige Metallrahmen“ scheinbar frei beweglich gelagert montiert wurden. Zwischen diesen Metallrahmen spannen sich Membranen, die das Sonnenlicht großteils reflektieren und auch den Bewegungsspielraum der Rahmen bestimmen.


Entscheidend für die Stellung der Rahmen sind die Bi-Metall-Spiralen, die mit Rahmen und Stahlgitter starr verbunden werden. Bi-Metall-Spiralen findet man in Bi-Metall-Thermometern. Sie sorgen dafür, dass sich der Zeiger entsprechend der Raumtemperatur bewegt. Genauso funktionieren auch unsere Bi-Metall-Spiralen. Sie sorgen dafür, dass sich die Rahmen, entsprechend der Raumtemperatur bewegen. Bei hoher Raumtemperatur bewegen sich die Rahmen in eine dem Rahmen zugeordnete Richtung und spannen die Membranen.

Wenn die Temperatur wieder sinkt – das kann durch die Beschattung oder auch durch ein allgemeines absinken der Luftemperatur sein - drehen die Bi-Metall-Steifen die Rahmen wieder in die andere Richtung. Die Membranen werden entspannt und ziehen sich zurück. Es entstehen viele Öffnungen in der Oberfläche.

Das heißt, es gilt hier die Regel von Aktion und Reaktion. Der untere Flügelteil wird durch das Bi-Metall gedreht. – Der obere Teil des Flügels bewegt die Membran.

Theoretisch kann das System auch umgedreht werden. Montiert man die Bi-Metall-Spiralen um 90 Grad gedreht, so öffnet sich das System bei hohen Temperaturen und schließt sich bei niedrigen Temperaturen.



Gliedert man mehrere solche Elemente aneinander, entsteht eine große Fläche. Im ersten Bild sind die Membranen entspannt – im zweiten Bild sind die Membranen gespannt.


Konstruktion

Das Stahlgitter

Das Modell besteht aus einem Grundgerüst – dem Stahlgitter. Darauf befinden sich die beweglichen sechseckigen Rahmen.

Die Form

Die Form der Rahmen hat sich durch verschiedene Versuche heraus kristallisiert.

  • Die dreieckige Form ermöglicht die größten Öffnungen in entspanntem Zustand. Durch die Asymmetrie entsteht jedoch eine starke Verziehung der Membran beim Verändern der Zustände. Die Raffung erwies sich als schwierig und die Ästhetik beeinträchtigt.

Außerdem entsteht ein größerer Hebel. Größere Momente wirken auf die Lötstellen ein. Weiters entsteht durch die großen Seitenlängen eine insgesamt größere Konstruktionsstärke.

  • Die ovale Form zeigt sich als optisch ansprechend und in sich sehr stabil. Doch durch die Form sind die Öffnungen in entspanntem Zustand nur sehr klein. Der Effekt ist damit sehr begrenzt.

  • Die Rechteckige Form bietet große Öffnungen in entspanntem Zustand. Jedoch kam es öfters vor, dass sich einzelne Rahmen leichter in ihrer Bewegung sperrten.

  • Als Kompromiss all dieser Ansprüche erwies sich die sechseckige Form. Der Hebel ist nicht sehr groß. Die Rahmen sperren sich nicht. Die geöffnete Fläche ist ausreichend groß.

Die Symmetrie ermöglicht eine gleichmäßige und ansprechende Raffung der Membran. Durch die abgerundeten Ecken gibt es nur eine empfindliche Lötstelle.


Die Membran


Die Hauptanforderung an die Membran ist dauerhafte Elastizität. Elastisch ist beispielsweise Naturkautschuk in Form von Latex. Latex ist aber schwer zu verarbeiten, beziehungsweise wird dieses Material unseren Anforderungen nicht gerecht. Deshalb kann nur ein Gewebe in Frage kommen. Kunstfasern aus Polyamid sind großteils wasserabweisend, haben einen hohen Verschleißwiderstand und gute Gleiteigenschaften. Entscheidend für die Elastizität ist die Verarbeitung. Gewirke (auch Gewirk oder Wirkwaren genannt) sind aus Fadensystemen durch Maschenbildung auf der Wirkmaschine industriell hergestellte Stoffe. Sie gehören zu den Maschenwaren. Für Bekleidung sind Gewirke gerade wegen ihrer Elastizität und Knitterfestigkeit hervorragend geeignet. Der Vorteil der Wirkware liegt darin, dass sie weitgehend Laufmaschenfest ist.



Bimetalle

Ein Bimetall ist ein Metallstreifen aus zwei Schichten unterschiedlicher Materialien, die miteinander formschlüssig verbunden sind. Charakteristisch ist die Veränderung der Form bei Temperaturänderungen. Diese äußert sich als Verbiegung. Ursache ist der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient der verwendeten Metalle. Diese Metalle können zum Beispiel Zink und Stahl sein oder auch Messing und Stahl.



Details

Auf das Stahlgitter werden die sechseckigen Rahmen, die Bi-Metall-Spiralen und die Abstandhalter wie Perlen auf einer Kette aufgefädelt.


  • Eckverbindung
Wo die Gitterstäbe zusammen stoßen, werden sie durch eine Steckverbindung befestigt und mit einer Schraube gesichert.
  • Kreuzungen
Die Gitterstäbe laufen nicht alle in einer Ebene. Die horizontal verlaufenden Stäbe liegen auf den vertikal verlaufenden Stäben auf.
An diesen Kreuzungen werden sie mit Seilklemmen zusammen gehalten.
Im Hintergrund sieht man eine explodierte Ansicht des aufgefädlten Teilstückes, welches durch eine Steckverbindung der Rahmen festhält.
Hier sieht man, dass die Gitterstäbe nicht in einer Ebene liegen, sowie die Seilklemme von der Seite.
  • Membran
Die Membran wird im ersten Arbeitsschritt zu einer Tasche verklebt. Im zweiten Schritt wird die Membran auf den sechs-eckigen Rahmen aufgezogen.
  • Bi-Metall-Spirale
Die Bi-Metall-Spirale wird an den Gitterstäben befestigt. Am Ende der Spirale wird der im Querschnitt dickere „Zeiger“ starr mit der Spirale befestigt.
Das Ende des Zeigers ist starr mit dem Rahmen verschweißt.

Anwendung

Fassadenelement

Das von uns entwickelten System ermöglicht eine selbstständige Temperaturregulierung der Wand. Dabei wird eine Wärme speichernde Wand - ohne vorgesetzte Dämmung – mit einem schwarzen Anstrich versehen. Zum Beispiel an der Innenwand in einem Wintergarten. Im Abstand von cirka 10 cm werden an diese Wand die Paneele vorgehängt. Bei hoher Raumtemperatur bewegen sich die Rahmen in eine Richtung und spannen die Membranen. Somit gelangt keine direkte Sonnenstrahlung auf die dahinter liegende schwarze Wand. Die Strahlung wird bereits von den weißen Membranen reflektiert.

Wenn die Temperatur wieder sinkt, drehen die Bi-Metall-Steifen die Rahmen wieder in die entgegengesetzte Richtung. Die Membranen werden entspannt und ziehen sich zurück. Es entstehen viele Öffnungen in der Oberfläche, die wieder Sonneneinstrahlung zulassen. Es besteht erneut die Möglichkeit einer Erwärmung der Wand.

Beschattung


Plakat

Attribute

Lamprecht Veronika Heidler Katharina Ender Ursula HB2 09SS Bild:kggh.jpg

Fakten zu Reaktives beschattungsmodulRDF-Feed
BetreuerEnder Ursula  +
ImageKggh.jpg  +
LVHB2  +
Semester09SS  +
VerfasserLamprecht Veronika  + und Heidler Katharina  +
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