RWTH MakerHouse 2014

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Interdisziplinäre Gruppenarbeit mit Architekten, Bauingenieuren, Elektrotechnikern, Physikern und vielen weiteren Studenten der RWTH im Rahmen eines großen Projektes für die Schaffung von vielen Arbeitsplätzen, die in der Stadt verteilt werden können.

Die Studenten konnten sich selbst Schwerpunkte und Bearbeitungsumfang aussuchen. Dabei wurden Teams gebildet: Entwurf, Konstruktion, Marketing, Logistik und Organisation.

Die folgende Darstellung des Projekts im Sommersemester 2014 zeigt es aus der Sicht des Konstruktionsteams.

Das Projekt lief danach noch einige Semester weiter – auch mit einer Namensänderung zu make home –  und wurde aufgrund der vorhergehenden Ergebnisse vertieft. Die Nutzung wurde im weiteren Verlauf zu Flüchtlingsunterkünften geändert und im April 2016 wurde es aufgebaut.


 

Das MakerHouse basiert auf den Grundgedanken des WikiHouse Projektes, welches als Selbstbauprojekt alle Teile eines kleinen Hauses online abrufbar macht und diese so bereitstellt, dass jeder mit einer CNC-Fräse und ein paar Freunden in kurzer Zeit und ohne tiefgreifende Kenntnisse sein eigenes Haus bauen kann.

 

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Da das aber zur Zeit nur ein Gerüst darstellt, das weder wetterfest noch in Deutschland als wirkliches Gebäude zulässig ist, nimmt sich das MakerHouse das Ziel, genau dies zu erreichen und ein voll funktionsfähiges Gebäude als Arbeitsplatz für Studenten zu entwerfen, das dabei aber weiterhin einfach aufzubauen und dadurch recycle- und wiederab- und -aufbaubar ist.

Genau aus diesem Grund war eine kritische Auseinandersetzung mit den Prinzipien des WikiHouse sehr wichtig. Jede Verbindung wurde im Laufe des Entwurfs evaluiert und entweder verbessert oder komplett verworfen und anhand anderer Beispiele des Holzbaus erneuert.

Wichtig ist auch die technische Ausstattung, die möglichst autark funktionieren und unter anderem ein WC, Waschbecken, Solarpanels, eine Lüftungsanlage und Steckdosen enthalten soll. Gebraucht wird das alles, da die Einheiten in Aachen verteilt aufgestellt werden sollen und somit nicht immer die gleichen Ortsbedingungen herrschen. Dazu kommt eine später herausgearbeitete Modularität, die das Gebäude um einen Innenhof erweitert und generell verschiedene Konstellationen erlaubt, die je nach Bedarf dazu geschaltet werden können.

 


 

Erkenntnisse aus dem WikiHouse

 

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Beim ersten und zweiten Probeaufbau fiel auf, dass einige Verbindungen dringend verbessert werden mussten, da sie sonst zu unsicher waren. Insbesondere die Befestigung der Platten in der Dachebene erschienen uns so unsicher, dass wir sie nicht aufbauten.

 

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Somit ergab sich, dass die Knotenverbindungen sowie Anschlüsse überarbeitet werden mussten.

Des Weiteren waren einige Platten in der Wikihouse Datei falsch gezeichnet, sodass wir in die Bodenplatten neue Löcher sägen mussten.

Die Platten für den Probeaufbau frästen wir in der Holzwerkstatt, aufgrund der Beschaffenheit des Fräskopfes und der Einstellung mussten wir nahezu jedes Teil nachschleifen. Hier war die Konstruktionsgruppe stark eingespannt, sei es in der Zeichnung und Programmierung der Dateien als auch während gefräst wurde.

 

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Umwandlung zum MakerHouse

 

Zunächst einmal haben wir uns mit den Knotenpunkten beschäftigt und einige weitere Probleme, die uns auffielen bearbeitet.

Wir haben unterschiedliche Knotenpunkte untersucht und überlegt, ob wir diese anwen- den können. Eine Idee war die Verbindung über Seile, angelehnt an den japanischen Holzbau, wo Knotenpunkte häufig mit geknoteten Seilen verbunden werden.

 

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Des Weiteren haben wir überprüft, ob andere Toleranzen gegebenenfalls die Festigkeit erhöhen, und ob der vom Wikihouse entwickelte „Super Grip“ für uns verwendbar ist.

Außerdem haben wir versucht, eine aussteifende Wirkung der Außenhaut/Platten zu erzielen. Hierfür haben wir eine Dopplung der Platten entwickelt, die versetzt zueinander liegen. Ein weiterer Versuch funktioniert über eine Verzahnung der Platten. Die dritte Möglichkeit ist eine Kombination aus den beiden vorher genannten Versionen.

Da relativ schnell feststand, dass wir in Holz bauen wollten, haben wir außerdem verschiedene Plattenwerkstoffe recherchiert, und uns auch mit verschiedenen Holzbausystemen beschäftigt.

 

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Wir haben 3 verschiedene Platten bestellt und sie in einem Witterungsversuch auf Beständigkeit untersucht.

Auf den Bildern ist bereits zu sehen, dass sich alle Teile stark verformt haben, was besonders durch den zwischenzeitlich starken Regen geschehen ist.

Die Teile lassen sich nur mit erheblicher Kraft auseinanderbauen, wenn das überhaupt noch möglich ist – ein Großteil der Verbindungen ist durch das Quillen nach einigen Wochen nicht mehr zu trennen.

Die Verbindungen aus Siebdruckplatten hat entgegen der Erwartungen auch nicht geholfen, da das Wasser immer noch über die Schnittkanten eindringen kann.

 

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Mit den Rahmenverbindungen wurden auch die Plattenverbindungen des WikiHouses überarbeitet.
Im Vorbild werden die Platten nur mit einem Keil befestigt und haben einen generell geringen aussteifenden Charakter, was mit den überarbeiteten Verbindungen behoben werden sollte.

Dies ist in zwei Variaten passiert:
Eine Überlappung von Platten durch zwei Schichten, die aber weiterhin mit Keilen an den Rahmen gebunden werden oder eine in sich verzahnte Konstruktion, die die Verbindung der Rahmen auf die Platten überträgt und so dadurch die Kräfte besser übertragen kann. Bei letzterer ist eine zweischichtige Ausführung ebenfalls möglich und gewünscht.

 


 

Belastungstest

 

Mit aufsteigenden Zweifeln am WikiHouse wurden zwei Alternativen zur vorgegebenen Rahmenverbindung erarbeitet und mit dem WikiHouse-Original verglichen. Wichtig war dabei eine bessere Kraftübertragung und damit verbunden eine höhere Verbindungsfläche sowie eine Minimierung der scharfen Kanten.

Die erste Alternative beschränkte sich auf Abrundungen der Kanten vom WikiHouse, was eine gleichmäßigere Übertragung der Kräfte und Momente ermöglichen sollte ohne die Dateien von Grund auf zu ändern.

Die zweite Alternative verwarf dieses Konzept gänzlich und nahm sich klassischere Holzverbindungen zum Beispiel. Dies führte zu einer abgerundeten Verzahnung mit ebenfalls größerer Verbindungsfläche. Zum Rand hin würde die Verzahnung kleiner, da bei der Entwicklung eine Maximalbelastung in der Mitte angenommen wurde. Zusätzlich dazu wurden die Keile überarbeitet, sodass ein neues Bauteil entstand, welches eigentlich aus zwei verbundenen Keilen bestand, die dann die beiden Rahmenteile nicht nur fixieren, sondern auch zusammenhalten sollte.

 

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In einem einfachen Bruchversuch wurden diese beiden Alternativen gegen das WikiHouse-Original getestet. Letzteres hielt etwa 75kg bevor die Verbindung auseinander gebrochen ist.
Im Vergleich dazu hielt die abgerundete WikiHouse-Verbindung (Alternative 1) nur etwa 60kg, also 80%, aus.
Dagegen brach die zweite Alternative gar nicht, sondern die improvisierten Auflager des Tests gaben bei etwa 80kg wegen seitlicher Belastung und Torsion nach. Die Verbindung hielt das aber zweimal aus, was sie zum Favoriten machte.

 

 

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Überarbeitung

 

Die Entwurfsgruppe und die Konstruktionsgruppe haben sich nach dem Kolloquium noch einmal intensiv mit den Knotenpunkten beschäftigt. Hierbei ist hervorzuheben, dass insbesondere das Entwurfsteam viele Einfälle hatte, die Dateien programmiert hat, und dann anschließend gefräst.

 

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Wir haben die Verbindungen teilweise mit entwickelt und versucht die Vor- und Nachteile herauszufinden.

Anhand der Fotos kann man erkennen, dass die Verbindungen sowohl der Rahmen als auch der Querstreben an den Rahmen getestet wurden.

 

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Die kleinteilige Fingerverbindung im Rahmen ist sehr stabil. Allerdings ist das Problem, dass sie so passgenau sein muss, um sie ineinander zu schieben, dass man bei kleinsten Witterungsänderungen nachschleifen muss. Es ist davon auszugehen, das ein Auseinandernehmen nach längerer Zeit nicht schnell und unkompliziert möglich ist.

Somit haben wir uns für Version 2 aus dem Bruchversuch geeinigt, da diese ohne Problem zusammengesetzt werden kann.

Bei den Querverbindungen wurden sehr viele verschiedene Varianten ausprobiert.

Der Plattenverbinder hält, sobald er festgezogen ist, die Platten sehr gut und fest zusammen. Des Weiteren wird das Holz der Rahmen kaum geschwächt, da nur zwei kleine Löcher gebohrt werden müssen.

Die Fingerverbindung funktioniert auch, hier liegt der Vorteil bei der einfachen Handhabung, schon bei dem Aufbau können die Platten einfach ineinander gesteckt werden, es ist kein zusätzliches Werkzeug notwendig.

 

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Versuche, bei denen sich das Holz leicht bewegen müsste beim Zusammenbauen funktionieren aufgrund der Beschaffenheit des Plattenstoffes nicht wie beabsichtigt.

Die Idee etwas 3D-plotten zu lassen ist schwierig, da neue Verbindungsmittel neu geprüft werden müssten, was lange Zeit dauert. Außerdem dauert das Plotten vermutlich zu lange, als dass man wirklich eine Serienproduktion starten würde.

 


 

Mit diesem Stand hat das Entwurfsteam weitergearbeitet und im nächsten Semester neue Teammitglieder in die Aufgabe eingeführt.