Marietmolen

3D Design

Voor het ontwerp van mijn poldermolen heb ik gebruikgemaakt van CATIA V5R19. Dit professionele 3D-CAD-systeem wordt onder andere gebruikt in de machinebouw, automobielindustrie en luchtvaart. Voor mijn molenproject bood het precies wat ik nodig had: de mogelijkheid om ieder onderdeel afzonderlijk driedimensionaal te construeren en daarna alles samen te bouwen tot één compleet digitaal model.

Met CATIA kun je veel meer dan alleen 3D tekenen. Je kunt er onder andere 3D-modellen mee construeren, 2D-werktekeningen maken, modellen voorbereiden voor CNC-bewerking, sterkteberekeningen uitvoeren en analyses uitvoeren op het gebied van stroming, aerodynamica en ergonomie. Voor mijn project heb ik vooral de CAD-functionaliteit gebruikt.

De molen eerst digitaal bouwen

Voordat er buiten ook maar één balk werd gezaagd, kon ik de complete molen al op het beeldscherm bekijken.

Voor de poldermolen heb ik in totaal 67 afzonderlijke onderdelen getekend. Die onderdelen heb ik niet zomaar in één groot bestand gestopt. Net als bij de bouw van een echte molen heb ik de constructie logisch verdeeld in verschillende hoofdgroepen.

Daaruit ontstonden zes afzonderlijke samenstellingen. Pas toen deze compleet waren, heb ik ze samengevoegd tot één hoofdsamenstelling van de complete molen.

Dat had een groot voordeel. Ik kon iedere bouwgroep afzonderlijk controleren, aanpassen en bekijken voordat deze in de totale constructie werd opgenomen.

Samenstelling 1: Bestrating en veldmuren

De eerste samenstelling vormt letterlijk de basis van de molen.

Hierin zitten:

• fundering
• veldmuren
• bestrating
• kruipalen
• ramen
• deuren

Hiermee legde ik eerst de maatvoering van de onderbouw vast. Dat was belangrijk, want de positie van vrijwel alle onderdelen daarboven wordt uiteindelijk vanuit deze basis bepaald.

Samenstelling 2: De romp

Daarna kwam het houten achtkant, het belangrijkste dragende gedeelte van de molen.

Deze samenstelling bestaat onder andere uit:

• ondertafelement
• duisplanken
• hoekstijlen
• legeringsbalken
• korbelen
• veldregels
• kruisbanden
• hondsoren
• blokkeel
• boventafelement
• rolvloer
• kuip

Hier werd pas echt zichtbaar hoe bijzonder een traditionele molenconstructie is. Geen eenvoudige rechttoe-rechtaan balkconstructie, maar een samenspel van schuine stijlen, regels, korbelen en kruisverbanden.

Ieder onderdeel heeft daarbij een functie. Samen zorgen ze ervoor dat het houten achtkant voldoende stijfheid krijgt om de enorme krachten van kap en gevlucht op te nemen.

Samenstelling 3: De kap

De kap was een van de meest uitgebreide onderdelen van het model.

Daarin heb ik onder andere opgenomen:

• rolwagen
• overring
• slagstukken
• voeghouten
• steunders
• windpeluw
• voorkeuvelens
• achterkeuvelens
• lange spruit
• korte spruit
• ijzerbalk
• penbalk
• hanetree
• kapspanten
• nok
• spanen
• gordingen
• staart
• schoren
• baard
• vang
• kruihaspel

De kap is veel meer dan alleen het dak van de molen. Hierin ligt de molenas en worden de krachten van het gevlucht opgenomen.

Bovendien moet de complete kap over de rolvloer kunnen draaien, zodat de wieken op de wind kunnen worden gezet. Dat betekent dat alle onderdelen niet alleen afzonderlijk moeten passen, maar ook als één functionerend geheel moeten samenwerken.

Samenstelling 4: Gaande werk boven

Daarna kwam het bovenste deel van de aandrijving:

• molenas
• bovenwiel
• gevlucht

Hier komt de energie van de wind de molen binnen.

De wind laat de wieken draaien. Via de molenas wordt die beweging rechtstreeks overgebracht op het grote bovenwiel binnen in de kap.

Vanaf dat moment begint het eigenlijke mechanische hart van de molen te werken.

Samenstelling 5: Gaande werk onder

De volgende samenstelling bevat de onderdelen die uiteindelijk het water moeten gaan verplaatsen:

• koningsspil
• schaargebint en kalf
• bovenschijfloop/rondsel
• onderschijfloop/rondsel
• onderwiel
• scheprad
• schepradas

Via deze onderdelen wordt de draaiende beweging vanuit de kap helemaal naar beneden gebracht.

Het bovenwiel drijft het bovenste rondsel aan. Via de koningsspil wordt de beweging naar beneden geleid, waarna het onderste rondsel het onderwiel aandrijft. Dat onderwiel zorgt uiteindelijk voor de aandrijving van het scheprad.

Hiermee wordt het digitale model meer dan alleen een afbeelding van een molen. Je kunt daadwerkelijk volgen hoe de energie van de wind door de hele constructie loopt:

wieken → molenas → bovenwiel → rondsel → koningsspil → rondsel → onderwiel → scheprad.

Samenstelling 6: De molenas

De molenas heb ik bovendien als aparte samenstelling opgebouwd.

Deze bestaat uit:

• pen
• as
• hals
• kop
• ster
• lijsten
• vulstukken

Dat lijkt misschien vreemd, omdat de molenas van buitenaf als één groot onderdeel wordt gezien. In werkelijkheid bestaat zo’n traditionele houten molenas uit meerdere onderdelen en constructieve elementen die samen één geheel vormen.

Juist door hem afzonderlijk in 3D op te bouwen kon ik de onderlinge passing en maatvoering veel beter controleren.

Van 67 onderdelen naar één complete molen

Toen alle zes samenstellingen gereed waren, heb ik ze samengebracht in één grote CATIA Assembly.

Op dat moment stond de complete poldermolen digitaal voor me.

Ik kon hem draaien, vanuit iedere richting bekijken, onderdelen tijdelijk verbergen en precies zien hoe balken, assen, tandwielen en constructiedelen ten opzichte van elkaar waren geplaatst.

Dat was voor de verdere bouw bijzonder waardevol. Een traditionele 2D-tekening laat vaak meerdere aanzichten zien, maar je moet daarbij zelf in je hoofd reconstrueren hoe alles ruimtelijk in elkaar grijpt.

Met het 3D-model kon ik die constructie daadwerkelijk zien.

En omdat mijn molen op schaal 1:6 gebouwd zou worden, kon ik vanuit dit model ook vrijwel alle benodigde maten bepalen.

Zo werd CATIA uiteindelijk mijn digitale werkplaats.

Eerst bouwde ik de molen volledig op het beeldscherm. Daarna kon ik hem onderdeel voor onderdeel opnieuw bouwen, maar deze keer uit echt hout, steen en metaal.