Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Akustisch wirksame Origami-Faltwerke mit bedarfsgerecht anpassbarer Raumgeometrie auf Basis von Holz/Textilverbunden, Holz/Textil-Faltwerke (HTF)

Holz/Textil-Faltwerke (HTF) sind nach dem Prinzip des Origami faltbare, selbsttragende Strukturen auf der Basis des Materialverbundes Holz/Textil bzw. Holzwerkstoff/Textil. Sie dienen einer variablen, i. d. R. zeitlich befristeten und schnellen Abgrenzung von räumlichen Bereichen – sowohl in optischer als auch akustischer Hinsicht. Dafür ist u. a. eine bedarfsgerechte und wiederholbare Geometrieänderung erforderlich. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Konzepten für die Bereiche Material, Bauteilkonstruktion, Fertigungstechnologie und Eigenschaften/Simulation für HTF.

Entsprechend gliedert sich der Lösungsweg. Es erfolgt die Auswahl und Untersuchung geeigneter Materialien für die Komponenten: biegesteife Flächenelemente, biegeschlaffer Träger, Zugelemente. Für die Konstruktion und die Prognose akustischer Eigenschaften werden Simulationswerkzeuge basierend auf der Origami-Mathematik und der geometrischen Akustik geschaffen. Die Entwicklung der Fertigungstechnologie betrifft insbesondere das Fügen der Komponenten und die dafür erforderliche genaue Positionierung der Flächenelemente auf den Trägermaterialien. Die Eigenschaften der HTF werden mit teilweise neu entwickelten Prüfmethoden ermittelt.

HTF können in vielen Bereichen der Arbeitswelt, sowie des privaten und öffentlichen Lebens eingesetzt werden (Bsp.: Rettungseinsätze, Gesundheitswesen, Großraumbüros, Erziehung und Lehre, Messewesen). Aus der flexiblen Nutzung in sehr unterschiedlichen Einsatzbereichen ergibt sich ein breites Produktspektrum von einfachen und preiswerten Lösungen bis hin zu exklusiven und hochwertigen Produkten. Davon profitieren seitens der KMU Hersteller und Verarbeiter von Textilien und Holzwerkstoffen, Unternehmen aus den Bereichen Möbel- und Innenausbau, Innenarchitekten, Akustikbüros, Baudienstleister und Handelsunternehmen. Diesen stehen als Projektergebnis effiziente Methoden der Konstruktion und Fertigung von HTF sowie der Qualitätssicherung zur Verfügung.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des gemeinsamen Forschungsvorhabens von IHD, STFI und HNEE war die Entwicklung von Konzepten für sogenannte Holz/Textil-Faltwerke (HTF) bei denen Origami-Techniken zur Anwendung kommen. Im Projekt wurden grundlegende Untersuchen an Einzelkomponenten und Materialverbunden sowie zur Herstellungstechnologie (Bereiche Holz/Textil) durchgeführt und abschließend ein Demonstrator in Form eines Pavillons erfolgreich fertigungstechnisch umgesetzt und final aufgebaut.

Am Demonstrator konnten die folgenden Arbeitshypothesen bestätigt werden:

- Durch geeignete Simulationsmodelle kann die Faltung und Form von Origamistrukturen berechnet und eine Verbundkonstruktion mit einer Materialstärke von > 7 mm gefertigt werden.

- Durch den Einsatz holzbasierter Elemente kann eine mechanisch stabile selbsttragende Origamistruktur mit 4 m Spannweite errichtet werden.

- Die für die Faltung erforderlichen Kräfte können manuell aufgebracht und die Faltung so initiiert werden. Zur Unterstützung der Faltung können integrierte Zugelemente zum Einsatz kommen.

- An der Faltstruktur ergeben sich gegenüber ebenen Strukturen veränderte akustische Eigenschaften, wie die erhöhte Schallabsorption und Luftschalldämmung. Durch das Einbringen zusätzlicher Elemente können die akustischen Eigenschaften von Holz/Textil-Faltwerken weiter gezielt an verschiedene Anforderungen angepasst werden.

- Die wirtschaftliche und reproduzierbare Fertigung der Elemente kann durch die numerische Bearbeitung und automatische Generierung der Bearbeitungsprogramme erreicht werden. Dazu werden die Fertigungsunterlagen für die Holz- und Textilverarbeitung gemeinsam genutzt.

Die Entwicklung der Faltelemente adressiert und integriert zwei materialkundliche Disziplinen und damit auch mehrere Branchensegmente. Anwendungen finden sich im Bereich Innenarchitektur, Raumgestaltung, Messestandgestaltung.