Verbundvorhaben: Recyclinggerechte Konstruktion von Funktionsbeschlägen; Teilvorhaben 1: Konstruktion eines justier- und lösbaren Textilscharniers für Holzmöbel; Teilvorhaben 2: Entwicklung eines funktionalisierten Mehrlagengewebes zum Einsatz in Textilscharnieren; Teilvorhaben 3: Entwicklung eines Kederbands zum Einsatz in Textilscharnieren und verfahrenstechnische Umsetzung

Abstract

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde eine recyclinggerechte Scharniertechnologie für Kastenmöbel entwickelt, die eine Alternative zu herkömmlichen, metallischen Funktionsbeschlägen darstellt. Ziel war es, die stoffliche Verwertung von Altholz zu verbessern, indem ein Scharnier auf Naturfaserbasis konzipiert wurde, welches zudem eine einfache Trennung von Holz und Fremdstoffen im Recyclingprozess ermöglicht. Ein zentrales Ergebnis war die Entwicklung eines Mehrlagengewebes mit optimierten mechanischen Eigenschaften. Untersuchungen zeigten, dass Leinengarne aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit und geringen Dehnung besonders geeignet sind. Um die Hyperelastizität des Textils zu reduzieren und eine stabile Scharnierfunktion zu gewährleisten, wurden verschiedene Gewebestrukturen analysiert. Eine gezielte Imprägnierung mit Biopolymeren wie PA 11 und PLA führte zu einer signifikanten Erhöhung des Schubmoduls, wodurch die strukturelle Integrität des Textils verbessert werden konnte. Parallel wurde ein textiles Kederband entwickelt, welches für die Umsetzung lösbarer Holz-Textil-Verbunde besonders geeignet ist. Neben der Materialentwicklung wurden innovative Befestigungsmechanismen erarbeitet, die eine Justierung und Demontage des Scharniers ohne zusätzliche metallische Komponenten erlauben. Die Untersuchungen zeigten, dass ein exzentrischer Justiermechanismus zur Spannungsregulierung eine zuverlässige Positionierung und Fixierung des Scharniers gewährleistet. FEM-Simulationen und experimentelle Belastungstests bestätigten die mechanische Belastbarkeit der entwickelten Baugruppen. Ein Schwerpunkt lag auf der Optimierung der Gesamtkonstruktion. Es wurde nachgewiesen, dass die Maßhaltigkeit von MDF den Anforderungen des Textilscharniers genügt. Weiterhin wurde eine Leichtbauvariante entwickelt, welche in einem iterativen Konstruktionsprozess optimiert wurde. Eine wesentliche Maßnahme war durch gezielte Anpassungen der Verbindungstechnik Schubkräfte zu reduzieren, wodurch die Absenkung der Tür unterbunden wurde. In mehreren Varianten wurde zudem untersucht inwiefern textile Eigenschaften so modifiziert werden können, dass sie Komfortfunktionen wie Softclose umsetzen können. Wesentliches Ergebnis war die Entwicklung eines Textils welches durch einseitiges Einbringen gespannter, elastischer Fäden (Lycra 188er) im Mehrlagengewebe einen Formgedächtniseffekt realisiert. Bei der Übertragung in die gewünschte Anwendungsform konnte die Maßnahme allerdings keinen Formgedächtniseffekt erzielen und somit nicht zu einer sich selbsteinstellenden Rückhaltekraft führen. Die Recyclingfähigkeit der entwickelten Komponenten wurde durch mechanische Zerspanversuche und eine experimentelle Massenreduktionsanalyse untersucht. Es zeigte sich, dass das textile Scharnier in seinem Störstoffanteil bis auf 2,96 % reduziert werden konnte (bezogen auf das Scharnier). Im Kontext der Möbelkonstruktion wird somit eine problemlose Rückführung der Materialien in den Wertstoffkreislauf prognostiziert. Die erarbeiteten Konzepte wurden in einem funktionsfähigen Demonstrator umgesetzt und für zwei potenzielle, industrielle Fertigungsvarianten evaluiert.