HERONTWERP VAN EEN PAINTBALLMASKER

Artikel

IDE442 MATERIALISEREN

2002

HERONTWERP VAN EEN PAINTBALLMASKER VOOR DE RECREATIEVE PAINTBALLSPORT Wouter Veldman, Eric van der Voort, Peter Vreeswijk, Linda Wauben & Wessel Deurwaarder Begeleider: Prahbu Kandachar SAMENVATTING Dit artikel geeft een overzicht van het onderzoek naar de ‘paintballsport’ dat is gedaan in kader van het vak materialiseren 1. Het doel van deze zoektocht binnen de sport paintball, is het vinden van belangrijke knelpunten (voor zover deze aanwezig zijn), deze knelpunten te analyseren en vervolgens een integraal herontwerp aan te bieden waarbij de knelpunten zo goed mogelijk zijn opgelost. Na een korte oriëntatie is het duidelijk dat het paintballmasker de grootste problemen oplevert. Met name het beslaan van het vizier blijkt een universele problematiek en het onderzoek richt zich dan ook voornamelijk op dit hoofdprobleem. Uit de verschillende gevonden oplossingsrichtingen zijn de volgende drie kansrijke oplossingen geselecteerd: dubbelglas afleidend, kouder materiaal natuurlijke luchtstroming Deze zijn vervolgens, na een korte theoretische en praktische toetsing, in het herontwerp geïmplementeerd. Naast deze toevoegingen is er ook aan de volgende punten aandacht besteed: bescherming van het gezicht gebruik sluiting van het masker losmaken / vastzetten van het vizier materialen en vervaardiging Dit uiteindelijke herontwerp is onze toevoeging en aanbeveling aan de paintballsport. INLEIDING In kader van het vak materialiseren 1 is binnen het thema 'sport & spel' onderzoek gedaan naar de ‘paintballsport’. Paintball is een spel waarin, in de eerste plaats, meerdere teams tegen elkaar strijden door middel van het schieten met verfkogels; wordt je geraakt, dan ben je voorlopig af. Er bestaan veel verschillende spelvormen. Bij één ervan moeten twee teams elkanders vlag vinden en veroveren. Het is voornamelijk een ‘outdoor’ sport en dan met name in ‘ruig’ terrein. Vooral in de bossen kunnen de verschillende teams zich goed verstoppen en hun van tevoren bedachte tactiek uitvoeren. Deze terreinen worden vaak nog ‘aangekleed’ met netten, kuilen en bunkers. Pas rond het jaar 1980 is Paintball ontstaan. Binnen een paar jaar is het daarna uitgegroeid tot een populair spel dat vooral in de VS veel beoefend wordt. Waar het in Nederland vooral gezien wordt als een leuk dagje uit, zijn er in Amerika vele mensen die het wekelijks als een (professionele) sport beoefenen. In het begin werden er geweren gebruikt die oorspronkelijk bestemd waren om vee te markeren en de maskers waren niet meer dan een losse veiligheidsbril. De markt van paintball producten is inmiddels zeer specifiek en uitgebreid en er zijn vele verenigingen waar men de benodigde uitrusting (wapen, verfballetjes, beschermende kleding) kan huren en met grote groepen tegen elkaar kan spelen.

© Faculteit Industrieel Ontwerpen

1

Technische Universiteit Delft

Artikel


2002

DOELSTELLING Het doel van dit onderzoek is drievoudig: het lokaliseren van de belangrijkste problemen binnen de paintballuitrusting het vinden van oplossingen voor een geselecteerd (deel)probleem de waarde van deze oplossingen onderstrepen door de oplossingen te implementeren in een integraal totaalconcept KEUZE VAN PRODUCT IN UITRUSTING Een paintballuitrusting kan zeker voor professionals vrij uitgebreid zijn en kan bestaan uit de volgende onderdelen: Wapen automatisch, semiautomatisch, handgepompt perslucht-flacon (met CO 2 ) feeder (toevoer balletjes) B

B

verfballetjes loop overige accessoires (tas/houder van verschillende onderdelen) Bescherming masker (bescherming hoofd) nek-, knie-, elleboog-, borstbescherming schoenen (stalen neuzen)

Figuur 1 Onderdelen van een paintballuitrusting

Overige kleding riem handschoenen jersey, broek, t-shirt, etc. pet / muts Bij nader onderzoek bij paintballverenigingen en op het internet is duidelijk gebleken dat het masker niet alleen een zeer belangrijk onderdeel is, maar ook de grootste problemen oplevert en dus de meeste aandacht verdient. Een van de belangrijkste problemen bij het masker is het beslaan van het vizier. Onderstaande uitspraken geven aan hoe serieus het masker wordt genomen. “I will wear paintball approved goggles while playing paintball and will not remove them unless in a ‘goggles off’ safe zone.” Gebruik alleen maskers die speciaal voor het paintballen zijn ontwikkeld Het onderhouden van het masker is even belangrijk als het hebben van een masker Het masker moet apart gehouden worden van de rest van de uitrusting Daarnaast is het masker een zeer interessant product met een beperkt aantal duidelijk gedefinieerde problemen dat goed in zijn geheel herontworpen kan worden.


2


Artikel


2002

Samenvattend kan gezegd worden dat het masker in combinatie met ‘het beslaan van het vizier bij het paintballmasker' als belangrijkste probleem en richtpunt voor het vervolgonderzoek genomen wordt. DOELGROEP In dit project hebben wij ons in de eerste plaats gericht op het recreatieve paintballen. Hier zijn enkele redenen voor: professioneel paintballen is in Nederland bijna niet te vinden in de professionele wereld zijn veel van de bestaande problemen al met dure oplossingen aangepakt de recreatieve wereld brengt een aantal beperkingen met zich mee die een interessante uitdaging vormen Onze doelgroep bij het recreatieve paintballen valt op te Figuur 2 Painballmaskers splitsen in twee subgroepen. In de eerste plaats zijn er de werkelijke gebruikers; de recreatieve paintballers. Dit is een zeer gevarieerde groep mensen die het masker constant moeten dragen tijdens het spel. Ten tweede zijn er de paintball-verhuurders. Zij zijn eigenaar van de paintballvereniging en verhuren onder andere de maskers aan de eerste subgroep. Het aanschaffen van maskers is voor hen een grote investering. OMSCHRIJVING VAN HET HOOFDPROBLEEM In de paintballsport heeft veiligheid een grote prioriteit en het is dan ook zeer belangrijk dat bepaalde delen van het lichaam goed beschermd zijn. De 'verfballetjes' worden met zeer hoge snelheden afgeschoten en kunnen keihard aankomen. Voor het gezicht (ogen, slapen, neus, mond, oren en wangen) geld dit in het bijzonder en moet dus optimaal beschermd zijn tegen de impact van de balletjes. Eigenaars van recreatieve paintball-verenigingen stellen het dan ook verplicht om tijdens het spelen een masker te dragen die de bovengenoemde delen omsluit en beschermt. Natuurlijk zit er voor de ogen een doorzichtig stuk kunststof, zodat de paintballer om zich heen kan kijken.

Figuur 3 Overzicht hoofdprobleem

Omdat het masker dicht tegen het gezicht aan zit, kunnen zweet en adem van de paintballer moeilijk ontsnappen. De lucht in het masker wordt steeds warmer en verzadigder. Omdat daarnaast de aansluiting van het masker op het gezicht vrij matig is, kan de adem makkelijk naar het vizier stijgen. Tegelijkertijd koelt de lagere buitentemperatuur het vizier af, en dus zal de warme lucht binnen het masker uiteindelijk condenseren op onder andere het vizier waar de paintballer door heen moet kijken (zie ook figuur 3). Ondanks dat het zicht van de paintballer nu belemmerd is, mag hij of zij onder geen beding het masker afdoen; dit is veel te gevaarlijk. Hun spelplezier is deels verpest. Deze problematiek wordt op dit moment bestreden met 'anti-condensatie smeerseltjes' en elektrische ventilatoren. Onze doelstelling is echter een betere oplossing te vinden tegen een redelijke prijs.


3


Artikel


2002

MOGELIJKE OPLOSSINGEN Het hoofdprobleem kan in theorie op twee manieren worden aangepakt: 1. zorg dat de vochtige, warme lucht binnen het masker wordt afgevoerd 2. pas het vizier zodanig aan dat de vochtige, warme lucht er niet op kan condenseren Verscheidende gesprekken met experts, zoekacties op het internet en brainstormen hebben geresulteerd in de volgende oplossingsmogelijkheden: oppervlaktespanning-verlagende coatings in permanente of tijdelijke vorm vizier uitgevoerd als dubbelglas elektrisch verwarmen van het vizier vizier maken van dikker materiaal met gunstigere warmtegeleidings-eigenschappen binnenkant vizier vervaardigen met zeer hoge oppervlaktekwaliteit of vuilafstotende coating vizier vervaardigen van vocht- en luchtdoorlatend materiaal pinlock; een bestaand systeem bij voornamelijk motorhelmen, dat zowel vocht op kan nemen als een ‘dubbelglas werking’ heeft plaatsing van afleidend, kouder materiaal in het masker gebruik van gore-tex materialen zorgen voor een zo goed mogelijke, natuurlijke luchtstroming (ventilatie) het kijkgedeelte afschermen van het ademgedeelte gebruiken van een slingerraam (condensatie wordt door ronddraaien van het vizier onmogelijk) vizier van gaas maken (condensvorming kan op de open structuur niet plaatsvinden) aanbrengen van een handmatige ruitenwisser KEUZE De bovenstaande oplossingen zijn getoetst aan enkele belangrijke en relevante criteria uit het programma van eisen (tabel 1). Tabel 1 Relevante criteria

Functie

Materiaal

Beschermen Niet hinderen (zicht, geluid)

Weersbestendig (temperatuur/vocht ) Impact bestendig Gebruikers bestendig (vallen, krassen)

Geometrie

Vervaardiging

Voor iedere gebruiker Veiligheid Schoon te maken

Spuitgieten Verkoopprijs ca. € 75, Levensduur 5 jaar

De volgende drie oplossingen zijn uiteindelijk gekozen voor verdere uitwerking: 1. Dubbelglas: de dubbele beglazing zorgt voor een isolerende luchtlaag die het temperatuurverschil grotendeels opheft. de effectiviteit van deze toepassing heeft zich al in de praktijk bewezen betaalbare oplossing goed in het masker te implementeren 2. Afleidend, kouder materiaal: als een kouder materiaal dan het vizier in het masker wordt geplaatst, zal de waterdamp daar eerder op condenseren. zeer eenvoudige en goedkope oplossing innovatief goed in het masker te implementeren


4


Artikel


2002

3. Natuurlijke luchtstroming: hoe minder vochtige lucht binnen het masker aanwezig is, hoe kleiner de kans op condensatie is. Hoewel hier geen regels of richtlijnen voor bestaan (en dus moeilijk te toetsen is), is dit duidelijk een goede oplossing voor de problematiek. TESTEN Dubbelglas; een theoretische onderbouwing In figuur 4 is de situatie te zien bij gebruik van dubbelglas. De verschillende warmteoverdrachtscoëfficiënten zijn van grote invloed op de effectiviteit van deze oplossing. Voor het kunnen berekenen van de kans op condensatie is een formule opgesteld: Θ opp = [(α bi . Θ g ) + (Θ bu / R TH )] / (α bi + 1/R TH ); B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

met R TH = 1/α bu + 0,2143; B

B

B

B

Θ opp = temperatuur binnenoppervlak vizier Θ g = gezichtstemperatuur Θ bu = luchttemperatuur buiten het masker B

B

B

B

B

B

α bu = warmte-overdrachtscoëfficiënt van het PC naar de lucht buiten het masker B

B

α bi = warmte-overdrachtscoëfficiënt van het PC naar de lucht binnen het masker B

B

Figuur 4 Overzicht situatie bij dubbelglas

Wanneer Θ opp kleiner wordt dan de dauwpuntstemperatuur van de lucht in het masker (te vinden in ‘Mollier-diagram’), zal er condensatie optreden. Voor vier verschillende situaties (S) is het resultaat (R) bekeken. B

B

S

omschrijving

aannamen

1

bijna vriezen windstil geen regen

Θ bu = 0 °C Θ bi = (0,8Θ g + 0,2Θ bu ) = 28 °C Θ d = 24,5 °C 2 α bu = 10 W / m K R TH = 0,3 B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

P

P

Θ bu = 10 °C Θ bi = (0,6Θ g + 0,4Θ bu ) = 25 °C Θ d = 20 °C 2 α bu = 50 W / m K R TH = 0,23 B

B

B

B

B

B

B

B

B

P

P

B

B

B

B

C Θ opp =26,1 Θ d =24 B

B

B

B

_ Θ opp =25,4 Θ d =20 B

B

B

B

_

B

B

B

Θ opp =29,1 Θ d =28 B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

Θ bu = 20 °C Θ bi = (0,8Θ g + 0,2Θ bu ) = 32 °C Θ d = 28 °C 2 α bu = 200 W / m K R TH = 0,22 B

B

B

B

B

B

B

B

warmer storm stortregen

B

B

B

Θ opp =23,7 Θ d =24,5

B

B

4

P

Θ bu = 10 °C Θ bi = (0,7Θ g + 0,3Θ bu ) =27,5°C Θ d = 24 °C 2 α bu = 20 W / m K R TH = 0,26 B

koud harde wind regen

B

B

B

3

B

P

B

koud zuchtje wind miezer-regen

B

B

B

2

R

P

P

_

B

Uit deze berekeningen kan geconcludeerd worden dat dubbelglas in veel gevallen effectief zal zijn, maar er zijn situaties denkbaar waarbij aanvullende oplossingen nodig zullen zijn. Afleidend, kouder materiaal; een praktische toetsing Allereerst is er bij deze oplossing een materiaal gekozen. Aluminium bleek een metaal met uitstekende eigenschappen:


5


Artikel


2002

Zeer gunstige warmtegeleidingscoëfficiënt (237 W/mK t.o.v. 0,7 W/mK voor de meeste kunststoffen); hierdoor kan het aluminium zijn warmte snel kwijtraken aan de buitenlucht en blijft het dus koeler. Zeer lage massa. Om vervolgens een idee te krijgen of de gekozen oplossing daadwerkelijk een vermindering van condensatie op het vizier tot gevolg heeft, is een proef gedaan met onder andere de volgende onderzoeksvraag: Hebben aangebrachte aluminium stroken een gunstig effect op het beslaan van het vizier? In het bestaande masker werd door middel van kokend water stoom aangebracht op het vizier. De mate van condensatie is bij deze manier van beproeven niet kwantitatief vast te stellen. Daarom wordt bij de vergelijking van de oplossingsrichtingen uitgegaan van een visuele beoordeling van de mate van condensatie op het vizier. De temperatuur van het vizier wordt door middel van ijsblokjes op 10 graden Celsius gebracht. De temperatuur wordt gemeten met een probe, aangesloten op een multi-meter. Zodra de eerste waterdamp de helm binnendringt wordt gedurende een vaste tijd de waterkoker onder de helm gehouden. Na deze tijd wordt de Figuur 5 Testopstelling waterkoker verwijderd en op foto’s de condensvorming vastgelegd. De conclusies uit de test zijn de volgende: De aluminium stroken hebben een gunstig effect op het beslaan van het vizier. Op het aluminium slaat inderdaad vocht neer en dat resulteert in een afname van het beslaan van het vizier. Het zicht is verbeterd maar niet zo ver als beoogd. De aluminium stroken beslaan vooral van de onderkant. Het is dus het meest effectief de stroken aan de bovenkant van het vizier te bevestigen, omdat zo de onderkant in de uitademingsrichting gepositioneerd is. De randen van het vizier beslaan niet. Dit is waarschijnlijk te verklaren door gaten direct onder het vizier die voor ventilatie zorgen. TOTAALCONCEPT De belangrijkste aandachtspunten en resultaten van dit onderzoek zijn: Het masker zit op 3 cm van het gezicht en zorgt zo voor een goede luchtstroming. Er komen vlak rondom het vizier ventilatiegleuven te zitten. Het vizier bestaat uit een dubbele laag PC (lexaan) en zal ‘enkelgekromd’zijn. Om het zicht te bevorderen krijgt het vizier een groter oppervlak in de breedte. Om tegen te gaan dat gebruikers het vizier openen tijdens het spel, kan het vizier alleen van binnenuit losgemaakt worden.


Figuur 6 Totaalconcept

6


Artikel


2002

Aan de bovenzijde en aan de onderzijde van het vizier komt een aluminium strip te zitten als afleidend kouder materiaal (uitkomst van het testen van de principe oplossingen). Het mondgedeelte wordt aan de binnenzijde bekleedt met een aluminiumlaag als afleidend kouder materiaal. Er steken koelribben door de kunststof buitenlaag heen. Ook aan de boven- en onderzijde van het vizier wordt een aluminium strip geplaatst. Bij de oren komt een flexibele kunststof te zitten die de oren beschermt tegen de Figuur 7 Zij-aanzicht eindconcept impact van de paintball. Hierin komen kleine gaten te zitten om nog te kunnen luisteren. Het masker wordt voorzien van een zonneklep zodat het vizier bij warm weer niet al teveel opwarmt, en zodat er bij slecht weer niet te veel water langs loopt. Het masker wordt via de bovenzijde van het hoofd op het hoofd geklemd. D.m.v. een schroef wordt het voorste gedeelte naar het achterste gedeelte getrokken, waardoor het hoofd ertussen geklemd wordt. Deze open constructie zorgt voor meer ventilatie. REFERENTIES Literatuur Spoormaker, J.L. / 2000 / dictaat 'Stroming en Warmteoverdracht voor IO' / Delft van Dalen, M.W. / 1999 / dictaat 'Kunststoffen; io bo 5' / Delft van Paassen, A.H.C. / 2001 / dictaat: 'Klimaatregeling A – moduul 2' (blz. 1 – 31) / Delft Verkerk, G. et al / 1992 / 'Binas' / Groningen Giancoli, D.C. / 1996 / ‘Natuurkunde voor wetenschap en techniek’/ Academic Service, Schoonhoven

Paintballverenigingen Viking Adventure (Peter Taai) / Almere de Fabriek (Ton) / Schiedam C&F Sporting / Moordrecht Dike Farm Paintball Games (Pieter Bons) / Venlo Paintball Rotterdam (Theo Asco) / Rotterdam Team Endurance (Johan; professioneel team)

Hoogleraren TU Delft Veldhuis / aerodynamica / L&R Picken / organische chemie / Scheikunde Goossens / anorganische chemie / Scheikunde Frens / fysische chemie / Scheikunde van Paassen / klimaatbeheersing / Werktuigbouwkunde Koster / ontwerp constructie en productie / IO Spoormaker / ontwerp constructie en productie / IO

Specialisten van der Gijp / project gasmaskers / TNO-Rijswijk A.H. Overkamp / Overkamp Motors / Delft


7


HERONTWERP VAN EEN PAINTBALLMASKER

Recommend Documents