Verbundsicherheitsglas (VSG) besteht aus mindestens zwei Scheiben Glas, die über eine polymere Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Im Falle eines Bruchs der Scheibe(n) hat dies den Vorteil, dass Bruchstücke an der Folie haften bleiben und das Laminat eine Resttragfähigkeit behält. Dieses charakteristische Nachbruchverhalten wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst – insbesondere die Geometrie und Anordnung der Risse prägen das Nachbruchverhalten von VSG entscheidend.

Insbesondere das Delaminationsverhalten zwischen der Zwischenschicht und dem Glas spielt eine übergeordnete Rolle für das Nachbruchverhalten von VSG. Untersucht werden soll, wie sich Geometrieparameter auf den Delaminationsfortschritt im gebrochenen Laminat auswirken und welchen Einfluss diese auf das Nachbruchverhalten haben.

Mögliche Bearbeitungsschwerpunkte einer Abschlussarbeit könnten sein:

- Durchführung von Zugversuchen an kontrolliert gebrochener Verbundsicherheitsverglasung und Interpretation der Ergebnisse.

- Numerische Untersuchungen zur Resttragfähigkeit von VSG unter Berücksichtigung des Delaminationsfortschritts.

- Erarbeitung von analytischen Ansätzen zur Beschreibung von Delamination und Tragwirkung.

Die Transformation hin zu einer echten Kreislaufwirtschaft im Bauwesen erfordert, dass Materialien und Produkte nach ihrer Nutzung bewertet und ggf. ganz oder in Teilen wiederverwendet werden können. Verbundsicher-heitsglas (VSG) besteht aus Glasscheiben mit dazwischenliegenden Kunst-stofffolien und wird unter anderem als Überkopfverglasung, Brüstung und in Windschutzscheiben angewendet.

Derzeit werden VSG-Elemente nach der Nutzungsdauer meist zerkleinert. Eine direkte Wiederverwendung findet in der Regel nicht statt, da keine Kriterien festgelegt sind, um zu entscheiden, welche VSG-Scheiben noch ausreichende Dauerhaftigkeit und Verbundwirkung aufweisen.

Die Bauindustrie steht vor der Herausforderung, CO₂-Emissionen massiv zu senken. Glas ist in der Herstellung energieintensiv, jedoch theoretisch unend-lich oft recycelbar oder – noch besser – direkt wiederverwendbar (Re-Use). Das Problem: Zurückgebautes Glas kann aufgrund von Oberflächendefekten eine geringere Oberflächenfestigkeit als das Neuprodukt und somit eine redu-zierte Tragfähigkeit aufweisen.

Um Glas sicher in neuen Fenstern und Fassaden einsetzen zu können, muss sowohl der Grenzzustand der Tragfähigkeit (Spannung) als auch der Grenz-zustand der Gebrauchstauglichkeit (Verformung/Durchbiegung) nachgewie-sen werden. In gewissen Fällen wird dabei der Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit maßgebend.

Die Festigkeit von Floatglas hängt maßgeblich von der Dauer der Lasteinwirkung und den Umgebungsbedingungen ab. Ursächlich hierfür ist das subkritische Risswachs-tum: Unter Zugspannung reagieren Wassermoleküle aus der Luftfeuchtigkeit mit den Silizium-Sauerstoff-Bindungen an der Rissspitze. Dies führt dazu, dass vorhandene Mikrorisse über Zeit wachsen, bis sie eine kritische Länge erreichen und das Bauteil versagt.

Die zentrale Hypothese dieser Arbeit lautet, dass die Laminierung mit einer PVB-Folie die Glasoberfläche so effektiv versiegelt, dass der Zutritt von Feuchtigkeit zur Rissspitze unterbunden oder zumindest stark verzögert wird. Dadurch könnte die dem Polymer zugewandte Seite eine deutlich höhere effektive Festigkeit aufweisen als eine freie Glasoberfläche.

Bei der Konfektionierung von Glasscheiben werden diese im Werk in großen Anlagen mit kleinen Metallrädchen gezielt vorgeschädigt und anschließend entlang dieser Vorschädigung gebrochen. Durch diesen Prozess werden die Glasscheiben an der Kante jedoch stark geschädigt, sodass für die spätere Bemessung die Festigkeit an der Kante normativ für Floatglas um 20% gegenüber der Flächenfestigkeit reduziert werden muss. Ein Zusammenhang zwischen der Kantenfestigkeit und der Ausprägung der beim Schneidprozess induzierten Medianrisse und Lateralrisse wurde bereits erfasst. Der Einfluss der sekundären Radialrisse auf die Kantenfestigkeit ist bisher noch weitestgehend unerforscht.

Um den Einfluss der sekundären Radialrisse auf die Kantenfestigkeit zu erfassen, werden diese in einem ersten Schritt bei Eindringversuchen in Glas untersucht. Das damit induzierte Risssystem wird anhand unterschiedlicher Parametern wie Indenterkraft, Indentergeometrie und Umwelteinflüssen charakterisiert.

Verbundsicherheitsglas (VSG) besteht aus mindestens zwei Scheiben Glas, die über eine polymere Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Im Falle eines Bruchs der Scheibe(n) hat dies den Vorteil, dass Bruchstücke an der Folie haften bleiben und das Laminat eine Resttragfähigkeit behält. Dieses charakteristische Nachbruchverhalten wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst – insbesondere die Geometrie und Anordnung der Risse prägen das Nachbruchverhalten von VSG entscheidend.

Untersucht werden soll, wie zentrale Parameter der Rissstruktur, wie Fragmentierungsgrad, Geometrie, Ausrichtung und Konstellation der Risse, das Resttragverhalten von Verbundsicherheitsglas beeinflussen.

Thematik

Die Kreislaufwirtschaft zielt darauf ab, Rohstoffe und Produkte effizient und so lange wie möglich zu nutzen, indem die Prinzipien Wiederverwendung (ReUse) und Weiterverarbeitung (Remanufacture) neben dem Recycling etabliert werden. Im Kontext des Glasbaus wird derzeit die technische Umsetzbarkeit einer vollständigen Kreislaufwirtschaft für Flachglas analysiert. Demontierte Verglasungseinheiten werden in ihre Einzelkomponenten getrennt, gereinigt und anschließend für neue Produkte genutzt. In der Praxis konnten bereits gealterte Gläser als Rohmaterial für Verbundglas und Isolierverglasungen eingesetzt werden. Allerdings ist der Einfluss der Alterungsphänomene, wie z. B. Veränderungen der Oberflächentopografie (Rauheit), chemische Umwandlungen, Korrosionsprozesse, Oberflächenschäden und Verschmutzungen, auf die Wechselwirkung mit neuen Veredelungs-komponenten (silikonische Dichtstoffe, polymerische Zwischenschichten, metallische Beschichtungen) nicht ausreichend erforscht. Diese Phänomene entstehen insbesondere durch zyklische Witterungseinflüsse, UV‑Belastung und mechanische Beanspruchungen während des Lebenszyklus der Gläser.

Mögliche Bearbeitungspunkte der Abschlussarbeit könnten sein:

- Literaturrecherche zu Alterungsmechanismen von Floatglas

- Experimente zur Oberflächenrauheit

- Untersuchung der chemischen Veränderungen an der Glasoberfläche

- Verträglichkeitstests → Evaluation der Wechselwirkungen zwischen gealtertem Glas und Veredelungskomponenten

- Ableiten von Handlungsempfehlungen für die Weiterverarbeitung gealterter Verglasungen und deren Integration in die Kreislaufwirtschaft

Sprache: deutsch oder englisch

Thematik

Die Wiederverwendung von Flachglas erfordert eine verlässliche Kenntnis der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Biegezugfestigkeit, da Glas aufgrund oberflächennaher Defekte bricht. Die charakteristische Biegezugfestigkeit für Floatglas wird durch DIN EN 572-1 festgelegt und beruht auf mechanischen Kennwerten aus dem Neuzustand. Durch Herstellungsprozesse, Weiterverarbeitung, Transport, Montage, Nutzung (z. B. Reinigung) und Demontage entstehen jedoch zusätzliche Oberflächenschädigungen, deren Einfluss auf die Festigkeit gealterter Gläser bislang kaum quantitativ untersucht wurde. Für eine fundierte Entscheidung über die Wiederverwendbarkeit von gealterten Verglasungen ist es notwendig, das Festigkeitsniveau statistisch zu bestimmen und mit den normativ vorgegebenen Werten zu vergleichen. Die Arbeit soll einen Beitrag zur Bewertung der Restfestigkeit gealterter Gläser leisten und damit die Grundlagen für eine sichere und wirtschaftliche Wiederverwendung schaffen.

Mögliche Bearbeitungspunkte der Abschlussarbeit könnten sein:

- Literaturrecherche zur Charakterisierung der Biegezugfestigkeit von Floatglas,

- Literaturrecherche von Studien zur Festigkeitsbestimmung gealterter Verglasungen und Vergleich mit neuwertigem Glas,

- Experimentelle Untersuchungen: Vorbereitung von Proben aus rückgebauten Isolierverglasungen der 1990er‑Jahre und Ermittlung der biaxialen Biegezugfestigkeit von veraltetem Glas,

- Auseinandersetzung mit der Richtlinie für geprüfte Typenstatiken von Mehrscheiben‑Isolierglas (IFT VE‑15/1) und Analyse, ob die ermittelten Festigkeiten von gealtertem Glas eine Wiederverwendung gemäß der Richtlinie erlauben.

Sprache: deutsch oder englisch

Wärmepumpen stellen eine der Schlüsseltechnologien für die Dekarbonisierung des Energiesystems dar. Erdwärmesonden-gekoppelte Wärmepumpen sind dabei besonders effizient.

In dieser Arbeit soll eine Benchmark-Toolbox entwickelt werden, um einen Beitrag zur Vergleichbarkeit von Erdwärmesondenmodellen zu leisten.

Verbundsicherheitsglas (VSG) besteht aus mind. zwei Schichten Glas, die über eine polymere Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Dies hat den Vorteil, dass im Falle eines Bruchs der Scheibe(n) Glasbruchstücke an der Folie haften bleiben und das Laminat eine Resttragfähigkeit behält. Um das Nachbruchverhalten zu charakterisieren, können Zug- und Biegeversuche an gebrochenem VSG durchgeführt werden. Dazu kann VSG aus thermisch vorgespanntem Glas oder aus thermisch entspanntem Glas (Floatglas), welches definiert oder undefiniert gebrochen wurde, genutzt werden.

Bruchmechanische Modelle ermöglichen es, komplexes Materialverhalten vereinfacht zu beschreiben. Mit ihrer Hilfe können so z.B. Vorhersagen über das Risswachstums- und Versa-gensverhalten ingenieurtechnisch relevanter Materialien gemacht werden.

Vakuumisoliergläser (VIGs) sind eine innovative Fenstertechnologie mit dem Potenzial, energieeffiziente Gebäude zu revolutionieren. Fenster und transparente Fassadenelemente sind Hauptverursachen von Wärmeverlusten und CO2-Emissionen in Gebäuden. VIGs bestehen aus Glasscheiben mit einem Vakuumzwischenraum, der thermische Effekte minimiert und die Energiebilanz von Gebäudehüllen verbessert. Kleine Abstandhalter im va- kuumierten Scheibenzwischenraum gewährleisten die Stabilität über Jahrzehnte und beeinflussen das Verhalten von VIGs maßgeblich. Die Untersuchung dieses Einflusses und die Entwicklung von Normen für die Verwendung von VIGs sind entscheidend für die Einführung energieoptimierter Fenster- und Fassadensysteme in Deutschland und Europa. VIGs könnten somit einen bedeutenden Beitrag zur Nachhaltigkeit im Bauwesen leisten.

Glas ist ein allgegenwärtiges Material in modernen technischen Anwendungen, das für seine Transparenz, Stärke und Vielseitigkeit geschätzt wird. Glas ist jedoch von Natur aus spröde, und seine Anfälligkeit für die Entstehung und Ausbreitung von Rissen stellt in strukturellen und sicherheitskritischen Kontexten eine große Herausforderung dar. Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit von glasbasierten Strukturen und Produkten zu verbessern, ist es daher von entscheidender Bedeutung zu verstehen, wie sich Risse in eingedrückten Glasproben unter anschließender Belastung ausbreiten.

Während die Glasscheiben in konventionellen Gitterschalen typischerweise nur als ausfachende Elemente genutzt werden, kann die Aktivierung des vollen Tragfähigkeitspotenzials von Glas wesentlich dazu beitragen, die Material- und Energieressourcen von Unterkonstruktionen für Glasfassaden zu reduzieren.

In einem aktuellen Forschungsprojekt werden dazu die Integration lokaler und linearer Verbin-dungskonstruktionen in Glastragwerken untersucht, welche dazu beitragen sollen, das statische Potenzial der eingesetzten Glasscheiben besser auszureizen und dadurch den Stahlverbrauch in Unterkonstruktionen auf ein notwendiges Minimum zu reduzieren. Dies soll letztendlich den Bau von transparenten Glaskonstruktionen mit einer großen Vielfalt an Formen und Anwendungen ermöglichen.

Vakuum-Isolierglas (VIG) ist einenergieeffizientes Verglasungssystem. Sein Aufbau (genauer gesagt die Anordnung der Abstandhalter die erforderlich sind, um den hohen Belastungen durch den atmosphärischen Druck (10 Tonnen/m2) standzuhalten) führt jedoch zu komplexen Spannungsverteilungen und hohen lokalen Spannungsgradienten. Dies kann zur Bildung so genannter 'Cone cracks' führen, die sich zu durchgehenden Rissen entwickeln und somit zu einem katastrophalen Versagen dieser Verglasungseinheiten führen können. Bei der Bemessung von VIGs wird in der Regel davon ausgegangen, dass der Kontakt zw. Glas und den Abstandhaltern unbedenklich ist, wenn das Raster in dem die Abstandhalter angeordnet sind begrenzt ist. Untersuchungen verschiedener VIGs zeigen jedoch, dass Risse trotzdem auftreten und das Versagen von einem dieser Abstandhalter ausgehen kann.

Vakuumisoliergläser (VIGs) sind eine innovative Fenstertechnologie mit dem Potenzial, energieeffiziente Gebäude zu revolutionieren. Fenster und transparente Fassadenelemente sind Hauptverursachen von Wärmeverlusten und CO2-Emissionen in Gebäuden. VIGs bestehen aus Glasscheiben mit einem Vakuumzwischenraum, der thermische Effekte minimiert und die Energiebilanz von Gebäudehüllen verbessert. Kleine Abstandhalter im va- kuumierten Scheibenzwischenraum gewährleisten die Stabilität über Jahrzehnte und beeinflussen das Verhalten von VIGs maßgeblich. Die Untersuchung dieses Einflusses und die Entwicklung von Normen für die Verwendung von VIGs sind entscheidend für die Einführung energieoptimierter Fenster- und Fassadensysteme in Deutschland und Europa. VIGs könnten somit einen bedeutenden Beitrag zur Nachhaltigkeit im Bauwesen leisten.

In der Postsiedlung in Darmstadt sind Neubauten und Bestandsgebäude an ein gemeinsames Nahwärmenetz angeschlossen. Während die Neubauten über zentrale Wärmepumpen mit einem Erdwärmesondenfeld als Wärmequelle versorgt werden, wird der Heizwärmebedarf der Bestandsgebäude überwiegend über Blockheizkraftwerke (BHKW) auf einem höheren Temperaturniveau gedeckt. Die Abwärme aus der Abluft und den Abgasen der BHKW wird wiederum zusammen mit der Abwärme aus der passiven Fußbodenkühlung der Neubauten zur Regeneration des Erdwärmesondenfeldes genutzt. Damit soll ein langfristig effizienter Betrieb der Wärmepumpen sichergestellt werden.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Analyse und Optimierung der Regeneration des Erdwärmesondenfeldes und des Kühlbetriebes.

Um den Verbrauch von Rohstoffen, die Produktion von klimaschädlichen Gasen und das Abfallaufkommen zu reduzieren, rückt seit einiger Zeit das Thema Kreislaufwirtschaft in den Vordergrund. Die Kreislaufwirtschaft ist ein ganzheitlicher Ansatz, der darauf abzielt, Rohstoffe und die daraus entstehenden Produkte effizient und so lange wie möglich zu nutzen. Sie umfasst das Reparieren, Wiederverwenden und Recyceln.

Die 3D-Drucktechnologie hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht und ermöglicht die Herstellung von Bauteilen aus einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Kunststoffen, Metallen und sogar Glas. Insbesondere der 3D-Druck von Glasbauteilen hat in jüngster Zeit viel Aufmerksamkeit erhalten, da es ein sehr anspruchsvolles Material ist, das eine spezielle Verarbeitung erfordert.

Am Institut für Statik und Konstruktion konzentrieren wir uns auf die Materialprüfung von 3D gedruckten Glasbauteilen und untersuchen, welche Prüfmethoden angewendet werden können, um die Qualität und Eignung dieser Bauteile für den Einsatz in verschiedenen Anwendungen zu bestimmen.

Aufgrund dieser Ergebnisse erarbeiten wir eine Methodik für das Konstruieren mit 3D gedruckten Glasbauteilen.