Energy Efficient Construction
Lebenszyklusanalyse in den frühen Tragwerkentwurfsphasen
Lebenszyklusanalyse in den frühen Tragwerkentwurfsphasen für verschiedene Konstruktionsprinzipien und Entwicklung eines Designtools
2024
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Untersuchung des Einflusses von Fassadenbegrünung auf das thermische und hygrische Verhalten von Wandkonstruktionen
Influence of façade greening on the thermal and hygric behaviour of wall constructions
2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Gebäudebegrünung hat sich als wirksames Mittel zur Minderung des Urban Heat Island-Effekts erwiesen. Zahlreiche Studien haben den positiven Einfluss von Gründächern und begrünten Flächen auf das städtische Mikroklima belegt. Jedoch ist der Einfluss von Fassadenbegrünung auf das thermische und hygrische Verhalten von Fassaden- bzw. Wandkonstruktionen noch weitgehend unbekannt.
In dieser Arbeit soll der Fokus auf den potenziellen Kühleffekten im Sommer liegen, welche durch die Transpiration der Pflanzen sowie die Verschattung der Bauteiloberflächen entstehen können. Dabei soll der Einfluss von Fassadenbegrünung auf die Transmissionseigenschaften von Wandbauteilen mithilfe numerischer Simulationswerkzeuge untersucht werden. Es sollen Möglichkeiten und Methoden zur Integration von Fassaden-Begrünungselementen in Modelle zur numerischen Bauteilsimulation untersucht werden. Damit soll ein Beitrag zur Vertiefung des Wissens geleistet werden, wie Fassadenbegrünungen nicht nur zur Energieeffizienz, sondern auch zur thermischen und hygrischen Performance von Baukonstruktionen beitragen können.
Betreuer/in: Dr. Nadja Bishara
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BIM to BEM: Building Energy Analysis based on Building Information Modeling
BIM zu BEM: Gebäudeenergieanalyse basierend auf Gebäudedatenmodellierung
2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Betreuer/innen: Dr. Nadja Bishara , Yang Xue , M.Sc.
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Masterarbeit
Bei der Planung von Neubauten oder Sanierungsstrategien für Bestandsgebäude ist der Einsatz von Simulationswerkzeugen zur Ermittlung des Wärmebedarfs ein wichtiges Instrument zur Auslegung der Gebäudehülle und zur Auswahl der energetisch optimierten Anlagentechnik. Darüber hinaus ist eine Analyse des thermischen Komforts möglich, aus welcher entsprechende Maßnahmen zur Gebäudekonditionierung abgeleitet werden können. Mit zunehmender Komplexität der Energiesysteme steigen jedoch auch die Anforderungen an das Simulationswerkzeug. Unter den zur Verfügung stehenden Werkzeugen haben sich u.a. TRNSYS und EnergyPlus durchgesetzt, da sie genaue, flexible und schnelle dynamische Simulationen ermöglichen. Jedes dieser Werkzeuge wurde unabhängig unter verschiedenen Betriebsbedingungen und anhand verschiedener Benchmarks validiert. Ein direkter Vergleich der beiden Werkzeuge unter exakt gleichen Bedingungen, zur Anwendung auf ein Bestands-Nichtwohngebäude existiert jedoch noch nicht.
Im Rahmen dieser Arbeit soll die Eignung der beiden Simulationswerkzeuge TRNSYS und EnergyPlus anhand eines realen Beispiels im Gebäudebestand analysiert werden. Die Untersuchungen sollen die Modellierung des Gebäudes und des dazugehörigen Energiesystems umfassen. Darüber hinaus kann eine anschließende CO2-Optimierung der Wärmeversorgung und/oder eine Untersuchung zur thermischen Behaglichkeit durchgeführt werden
Betreuer/innen: Joscha Reber , M.Sc., Dr. Nadja Bishara
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Wärmeversorgung eines Bürogebäudes mit solarthermischer Nutzung von Asphaltflächen
Heat supply of an office building with solar thermal use of asphalt surfaces
2023
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Trotz vielfältiger Bemühungen, die Flächenversiegelung im urbanen Raum zu reduzieren, ist ein vollständiger Verzicht auf asphaltierte Flächen in naher Zukunft nicht absehbar. In bestimmten Fällen (z.B. notwendige Straßen, Parkplätze vor Krankenhäusern) ist es daher sinnvoll, die versiegelte Fläche bestmöglich zu nutzen. Durch eine thermische Aktivierung der Fläche kann solarthermische Energie abgeführt und genutzt werden. Ein positiver Nebeneffekt ist die Reduktion von städtischen Wärmeinseln.
Im Projekt Innasol wird eine Asphaltfläche mit einer durchströmten porösen Zwischenschicht auf dem Parkplatz eines bestehenden Bürogebäudes hergestellt. Ziele sind die Erhöhung der Lebensdauer des Asphalts, die Vermeidung von Eisbildung im Winter sowie die Nutzung der abgeführten Wärme im Bürogebäude durch aktives Temperaturmanagement. Für die Anbindung an das Bürogebäude ist eine Wärmepumpe in Kombination mit einem Eisspeicher vorgesehen.
In dieser Arbeit soll anhand eines realen Umsetzungsbeispiels die Anbindung des Asphaltkollektors an das Gebäude simulativ abgebildet und untersucht werden.
Betreuer/innen: Xenia Kirschstein , M.Sc., Joscha Reber , M.Sc.
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Optimierungspotenzial in der Wärmeversorgung eines Wohnquartiers mit Alt- und Neubauten
Optimization potential in the heat supply of a residential district with old and new buildings
2023
Bachelorarbeit, Masterarbeit
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.
Betreuer/innen: Xenia Kirschstein , M.Sc., Joscha Reber , M.Sc.
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Bachelorarbeit, Masterarbeit
Das thermische Verhalten von Gebäudehüllen ist ein entscheidender Faktor, der den Gesamtenergieverbrauch von Gebäuden signifikant beeinflusst und daher eine zentrale Rolle bei der Erreichung der ehrgeizigen Klimaziele spielt,die für 2050 gesetzt wurden. Durch die Integration von Phasenwechselmaterialien (PCM) in Gebäudekomponenten kann die Energiespeicherkapazität von Gebäuden signifikant verbessert werden. Diese Verbesserung der Energiespeicherkapazität kann eine größere Energieflexibilität bieten und somit mehr Möglichkeiten für die Integration volatiler erneuerbarer Energiequellen schaffen. In diesem Kontext wurde ein Konzept entwickelt, beidem mikroverkapseltes PCM (MPCM) mit Putz gemischt und für ein thermisch aktiviertes Fassadensystem eingesetzt wird. Die Arbeit wird speziell den Einfluss des MPCM-Verhältnisses auf die thermischen Eigenschaften der Mischung untersuchen.
Betreuer/innen: Dr. Nadja Bishara , Yang Xue , M.Sc.
Analyse und Vergleich verschiedener Varianten zur emissionsarmen Deckung des Trinkwarmwasserbedarfs im Quartier
Analysis and comparison of different variants for the low-emission coverage of the drinking hot water demand in districts
2023
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Ein großer Anteil des Wärmebedarfs in Neubauten ist auf die Trinkwarmwassererzeugung zurückzuführen. Dabei stellen verschiedene Rahmenbedingungen besondere Herausforderungen bei der Integration erneuerbarer Energien zur Quartiersversorgung dar.
Allgemein gilt: Je niedriger das zu erreichende Temperaturniveau, desto besser lässt sich die Wärmeversorgung mittels regenerativer Energien umsetzen. Für Flächenheizungen reicht in der Regel eine Vorlauftemperatur von 35 °C aus. Aus Hygienegründen muss das Trinkwarmwasser entweder auf 60 °C erhitzt werden, oder es müssen geringe Stillstandszeiten in den Leitungen eingehalten werden.
Bei der Erhitzung des gesamten zur Wärmeversorgung notwendigen Wasservolumens werden erhöhte Wärme- und Exergieverluste in Kauf genommen. Eine Aufteilung in zwei getrennte Systeme ist jedoch kostenintensiv und ggf. nachteilig für die Leitungs- und Speicherverluste.
Geringe Stillstandszeiten können mit Hilfe einer hydraulischen Trennung in jeder Wohnung bewerkstelligt werden. Ein Wärmetauscher sorgt dafür, dass das Leitungsvolumen in der Wohnung weniger als 3 Liter beträgt. Dadurch ist eine niedrige Systemtemperatur möglich. Um dennoch eine komfortable Trinkwarmwassertemperatur für die Mieter:innen zu gewährleisten, kann ein Durchlauferhitzer zum Einsatz kommen. Dieser führt jedoch bei jedem Zapfvorgang einen erhöhten, elektrischen Bedarf mit sich.
Betreuer/innen: Xenia Kirschstein , M.Sc., Joscha Reber , M.Sc.
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Generative Design Lab
Bachelorarbeit
Durch additive Herstellungsmethoden eröffnen sich in vielen Industriezweigen neue Möglichkeiten der Formgebung. Wenngleich später als in anderen Branchen, fasst auch in der Baustoffindustrie diese Technologie immer mehr Fuß. Der Bausektor mit seinem immensen Bedarf an hochgradig individualisierten Bauteilen erscheint als lohnendes Feld für die großflächige Etablierung derartiger Fertigungsweisen. Im klassischen Verfahren für Porenbeton findet zunächst in großen Formen der Aufgasungsprozess statt, anschließend werden die großen Blöcke zu handlichen Steinen konfektioniert und in einem Autoklaven unter Druck und Hitze gehärtet. Die Thesis wird von den Rodgauer Baustoffwerken unterstützt, einem Hersteller, der eines der modernsten Porenbetonwerke Europas besitzt und großes Interesse an der Weiterentwicklung seiner Fertigungsprozesse hat.
Ziel der Thesis ist es zu untersuchen, inwieweit das 3D-Drucken von spezialisierten Schalungsformen für die Herstellung individualisierter Porenbetonelemente tauglich ist. Dies umfasst die theoretische Entwicklung von Sonderbauteilen und zugehörigen Schalungsstrategien, deren experimentelle Herstellung und eine anschließende wissenschaftliche evaluation der Versuche.
Betreuer/in: Alexander Wolf, M.A. Architekt
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Masterarbeit
Der Ziegel als eines der ältesten Halbzeuge im Bauwesen unterliegt nach wie vor einer stetigen Entwicklung. Während die Menschen vor 3.000 Jahren handgeformten Lehm in der Sonne trockneten, ermöglichen heute ausgeklügelte Maschinen und die Industrie 4.0 wesentlich anspruchsvollere Produkte. Die additive Fertigung als eine der neuesten Produktionstechnologien ermöglicht weitaus mehr geometrische Freiheit, als herkömmliche Verfahren. Die steigende Nachfrage nach umweltfreundlichen Bauweisen hat auch Auswirkungen auf die Fassadengestaltung. Die Ansiedlung von Pflanzen in der Gebäudehülle ist oft sogar ausdrücklich erwünscht. Die Thesis wird von der Hagemeister GmbH unterstützt, einem Ziegelhersteller, der ein großes Interesse daran hat, seine Produkte nachhaltiger zu gestalten.
Ziel der Thesis ist es, keramische Bauelemente zu entwickeln, die in der Lage sind, Pflanzen in einer Fassade aufzunehmen. Um dies zu erreichen, müssen mehrere verschiedene geometrische Entwürfe mit jeweils einem Prototyp im Maßstab 1:1 angefertigt werden. Außerdem müssen geeignete Pflanzen gefunden werden, die in die Ziegel eingepflanzt werden können. In einem zweiten Schritt müssen die Prototypen über einen Zeitraum von 4 Wochen auf ihr Wurzelwachstum hin untersucht werden. Abschließend sind Aussagen darüber zu formulieren, wie eine Massenproduktion der entwickelten Designs aussehen könnte.
Betreuer/in: Alexander Wolf, M.A. Architekt
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Masterarbeit
Die 3D-Drucktechnologie hält Einzug in die Bauindustrie. Während andere Branchen bereits eine breite Markteinführung erfahren haben, stellt der Bedarf unserer Branche an großformatigen Bauteilen die additive Fertigung vor ganz eigene Herausforderungen. Die Erforschung und Entwicklung solcher Bauteile erfolgt oft noch auf der Basis von Versuch und Irrtum und erfordert daher einen enormen Aufwand, da 3D-Druckverfahren oft Stunden oder sogar Tage dauern. Ein neuartiger Ansatz(1) verknüpft die zu druckende Geometrie mit den rheologischen Eigenschaften des Rohmaterials und versucht, deren Druckbarkeit in einem Prozess mit drei Freiheitsgraden mit Hilfe der Finite-Elemente-Methodik vorherzusagen. Dieser Ansatz wurde auch bereits auf seine Machbarkeit hin überprüft.
Ziel der Thesis ist es, zunächst die bestehende Methodik an die an der TU Darmstadt durchgeführte Forschung zur additiven Fertigung von Ton- und Keramikbauteilen anzupassen. In einem zweiten Schritt soll die Methodik weiterentwickelt werden, um die Simulation eines Druckprozesses mit sechs Freiheitsgraden zu ermöglichen. Schließlich müssen Vorhersagen darüber getroffen werden, welche Arten von Geometrien mit diesem weiterentwickelten Verfahren gedruckt werden können und welche Einschränkungen es dabei geben könnte.
Betreuer/in: Alexander Wolf, M.A. Architekt
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Masterarbeit
Der Bausektor ist aufgrund der schieren Größe der Gebäude als Endprodukte einer der größten Abfallverursacher in der Europäischen Union. Ein großer Teil davon ist auf den Abriss von Gebäuden zurückzuführen, aber auch bei der Herstellung von Bauteilen fällt eine erhebliche Menge an Überschüssen und Abfällen an. Während neuartige Ansätze wie der „Kaltstein“ versuchen, gemahlene Keramik zu neuen Ziegeln zu recyceln, bleiben andere Reste weiterhin ungenutzt. Die Theis wird von der Hagemeister GmbH unterstützt, einem Ziegelhersteller, der ein großes Interesse daran hat, seine Prozesse und seine Produktion nachhaltiger zu gestalten.
Ziel der Thesis ist es, zunächst die verschiedenen Arten von Abfällen und Überschüssen zu untersuchen, die bei der Ziegelherstellung anfallen. Außerdem muss ihr jährliches Aufkommen quantifiziert werden. In einem zweiten Schritt sollen verschiedene Strategien zur Aufwertung, Verkleinerung oder Wiederverwertung dieser Reste formuliert werden. Abhängig von den formulierten Strategien müssen Experimente durchgeführt werden, um das Konzept für einige der Strategien zu testen. Schließlich müssen Vorhersagen darüber getroffen werden, welche wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen das Up-, Re- oder Downcycling der Produktionsreste haben könnte.
Betreuer/in: Alexander Wolf, M.A. Architekt
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Glass Competence Center
Bachelorarbeit, Masterarbeit
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.
Betreuer/in: Isabell Ayvaz, M.Sc.
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Bachelorarbeit, Masterarbeit
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.
Betreuer/in: Isabell Ayvaz, M.Sc.
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Bachelorarbeit, Masterarbeit
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.
Betreuer/in: Isabell Ayvaz, M.Sc.
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Bachelorarbeit, Masterarbeit
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.
Betreuer/in: Isabell Ayvaz, M.Sc.
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Bachelorarbeit
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.
Betreuer/in: Vertretungsprofessur Dr.-Ing. Miriam Schuster
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Bachelorarbeit
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.
Betreuer/in: Philipp Amir Chhadeh, M.Sc.
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Masterarbeit
Issues regarding ecological, economic and social sustainability are pervasive topics in society and are also increasingly affecting the construction industry. In structural glass engineering, the increased use of thin glass represents a decisive development trend with the purpose of reducing glass thickness and thus material usage and weight. Here, the use of thin glass in insulating glazing units (IGU) in window and facade construction offers a promising approach. In this context, the exposure to wind and snow has to be considered in order to ensure that possible products meet the safety requirements in the building sector. Within the scope of the work, these influences are to be investigated in order to determine the required minimum thickness of the glass, depending on different IGU formats. Based on these insights, the CO2 savings potential is of interest and needs to be calculated.
Betreuer/innen: Jonas Muth , M.Sc., Vertretungsprofessur Dr.-Ing. Miriam Schuster
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Bachelorarbeit, Masterarbeit
Ziel eines aktuellen Forschungsprojektes ist es, komplexe Rissfortschritte während des Glasbruchvorgangs, sowie die resultierenden Bruchstückgeometrie- und -größe zu prognostizieren. Dazu wird am ISM+D unter anderem eine Datenbasis aus experimentellen Untersuchungen erstellt in denen Gläser mit unterschiedlich hohen thermischen Vorspanngraden gezielt gebrochen werden. Die beim Anschlag entstehende Wellenausbreitung im Glaskörper wird mit speziellen Sensoren erfasst. Die Analyse des Bruchbildes erfolgt mittels digitaler Bildbearbeitung.
Mögliche Themen für eine Abschlussarbeit (Bachelor oder Master):
- Numerische Charakterisierung von Bruchmorphologien bei thermisch vorgespannten Gläsern
- Stochastische Modellierung von Bruchmorphologien bei thermisch vorgespannten Gläsern
Betreuer/in: Vertretungsprofessur Dr.-Ing. Miriam Schuster
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Bachelorarbeit, Masterarbeit
Um dem Wunsch nach transparenten Fassaden nachzugehen, sollen durch Glas 3D Druck neuartige Verbindungen für Anwendungen in der Fassade entstehen. Bild 1 zeigt den Bauraum des Glas 3D Druckers der TU Darmstadt, der geschmolzenes Glas auf eine erhitzte Basisplatte aus Glas drucken soll.
Um den Prozess des Glas 3D Druckens zu verstehen, soll das Aufheizen der Basisplatte mittels Heizplatte und Gasbrenner sowie das anschließende Abkühlen untersucht werden. Um das Bruchrisiko während des Druckens zu kennen und reduzieren zu können, sollen Temperaturen und Spannungen während des Drucks untersucht werden. Dafür steht eine Thermografiekamera zur Temperaturmessung der Glasoberfläche zur Verfügung, siehe Bild 2b. Numerische Simulationen sind möglich, um Spannungen während des Aufheizens zu berechnen. Nach dem Abkühlen können Eigenspannungen im Glas verbleiben, die die optische und mechanische Qualität des Bauteils beeinflussen. Die Eigenspannungen können nach dem Druck mittels Spannungsoptik untersucht werden, siehe Bild 2a. In einer Abschlussarbeit können Versuche zum Aufheizen und Abkühlen der Basisplatte am Glas 3D Drucker durchgeführt werden.
Betreuer/in: Kerstin Thiele , M.Eng.
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Bachelorarbeit, Masterarbeit
Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) ist ein thermisch vorgespanntes Glas mit, im Vergleich zum thermisch entspanntem Glas, erhöhter Biegezugfestigkeit. Zudem entstehen im Falle des Glasbruches viele kleine Bruchstücke mit stumpfen Kanten, die das Verletzungsrisiko verringern. Die Prüfungen zur Sicherstellung der Biegezugfestigkeit und der Bruchstruktur haben sich seit der Erstveröffentlichung (1996) der relevanten europäischen Produktnorm EN 12150 nicht verändert. Vorgeschrieben ist, täglich zerstörende Prüfungen an begleitend produzierten Glaselementen durchzuführen. Es ist bekannt, dass die Bruchstruktur von der Glasdicke und dem Vorspanngrad abhängt: Bei gleicher Glasdicke führt ein hoher Vorspanngrad zu deutlich kleineren Bruchstücken als ein niedriger Vorspanngrad. Unterschiedliche Vorspanngrade erzeugen unterschiedlich hohe Oberflächendruckspannungen und Kantenmembranspannungen die zerstörungsfrei mittels Spannungsoptik ermittelt werden können.
Betreuer/innen: Vertretungsprofessur Dr.-Ing. Miriam Schuster , Kerstin Thiele , M.Eng.
![2022_ESG_Spannungsoptik]()
Breakage behavior of automobile windshields in pedestrian protection
External master thesis at Volkswagen in the field of strength of glasses
2022
Masterarbeit
Die Fahrzeugsicherheit hat die Aufgabe Fahrzeuge so zu entwickeln, dass Unfälle vermieden oder Unfallfolgen möglichst stark verringert werden. Im Bereich des Fußgängerschutzes werden sog. Impaktoren verwendet, um Teile des menschlichen Körpers (Kopf, Hüfte und Bein) abzubilden und die Verletzungsgefahr beim Anprall mit dem Fahrzeug zu bewerten. Die Kriterien und Grenzwerte zur Bewertung der Impaktorlastfälle werden durch die Gesetzgebung (UN R 127) und Verbraucherschutzorganisationen (Euro NCAP) definiert und stetig weiterent-wickelt. So wird beispielsweise der Bereich der Frontscheibe neu in das gesetzliche Aufschlag-gebiet aufgenommen und für den Verbraucherschutztest Euro NCAP über das bisherige Maß erweitert.
Weitere Informationen, Bewerbungsvoraussetzungen und einzureichende Unterlagen usw. finden Sie auf der Website von Volkswagen:Mehr erfahren
Betreuer/in: Vertretungsprofessur Dr.-Ing. Miriam Schuster
![Ausschreibung_VW]()
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Verbundglas besteht aus mindestens zwei Glasscheiben, die durch eine polymere Zwischenschicht verbunden werden. Im Falle des Glasbruches entsteht ein Resttragverhalten bei dem durch Biegung hervorgerufene Zugspannungen über die polymere Zwischenschicht abgetragen werden. Die numerische Abbildung des Materialverhaltens der Zwischenschicht bei großen Verformungen, wie sie im Falle des Versagens einer oder mehrerer Glasscheiben auftreten, ist zurzeit nicht möglich. Das Materialverhalten ist hier sowohl von der Temperatur und Belastungsdauer als auch von der Höhe der Belastung abhängig, sodass nichtlinear viskoelastische Materialmodelle notwendig werden.
Betreuer/innen: Vertretungsprofessur Dr.-Ing. Miriam Schuster , Kerstin Thiele , M.Eng.
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Vakuumisolierglas – Technologie für eine energieoptimierte Gebäudehülle
Vacuum insulated glazing – A technology for an energetically optimized transparent building envelope
2022
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Bei Vakuumisoliergläsern (VIGs) handelt es sich um eine innovative Fenstertechnologie, die das Potenzial hat, energieeffiziente Gebäude zu revolutionieren. Fenster und transparente Fassaden- elemente sind für einen großen Teil des Wärmeverlustes in Gebäuden und damit für einen großen Kohlenstoff-Fußabdruck verantwortlich. Vakuumisoliergläser (VIGs) bestehen aus Glasscheiben, zwischen denen ein Vakuumzwischenraum erzeugt wird. So können thermische Effekte minimiert und damit die Energiebilanz der transparenten Bereiche von Gebäudehüllen optimiert werden. Damit die Einzelgläser des VIGs der hohen Belastung des Drucks der Atmosphäre über mehrere Jahrzehnte standhalten können, werden wie in untenstehender Abbildung zu sehen kleine Ab- standhalter in den vakuumierten Scheibenzwischenraum eingesetzt. Diese sind sehr klein und ha- ben neben dem Randverbund, welcher das VIG hermetisch versiegelt, einen entscheidenden Ein- fluss auf das mechanische und thermomechanische Verhalten von Vakuumisoliergläsern. Spannend ist nun diesen Einfluss zu untersuchen und Implikationen für die normativ geregelte Verwendung der innovativen Vakuumisoliergläser zu erarbeiten, um einen entscheidenden Beitrag in der Etablierung der energieoptimierten Fenster- und Fassadensysteme in Deutschland und Eu- ropa zu leisten.
Betreuer/innen: Isabell Ayvaz, M.Sc., Franz Paschke, M.Sc.
Entwicklung einer Methode zur Qualitätskontrolle bei Vakuumisoliergläsern
Development of a method for quality control of vacuum insulated glazing
2022
Bachelorarbeit, Masterarbeit
In dieser Thesis geht es um die Optimierung des Herstellprozesses von Vakuumisoliergläsern (VIG) – innovativen Gläsern, die in energieeffizienten Fenster- und Fassadensystemen zum Einsatz kommen. Aufgrund einer Hauptkomponente des VIG-Systems, den sogenannten Spacern können an der Glasoberfläche eines VIGs während der Produktion Vorschädigungen entstehen, die einen negativen Einfluss auf die Lebensdauer des Systems haben können. Um bereits während der Produktion entsprechende Schädigungen detektieren und den Grad der Schädigung bewerten zu können, ist es Ziel dieser Arbeit eine Methode zur Qualitätskontrolle von Vakuumisoliergläsern zu entwickeln.
Betreuer/innen: Henrik Riedel, M.Sc., Isabell Ayvaz, M.Sc.
Bruchzähigkeit bei steifen Klebern: Auslegung und Dimensionierung von Experimenten an Glaskörpern
Fracture toughness in stiff adhesives: Design and dimensioning of experiments on glass specimen
2021
Masterarbeit
Das innovative und schaltbare Glasprodukt Eyrise, welches mit Flüssigkristallen gefüllt ist, kann innerhalb weniger Sekunden seine Transparenz und Farbe verändern. Im Randbereich sind die Glasscheiben des Produktes umlaufend mit einem steifen Klebstoff verklebt. Diese sehr dünne Klebschichten sind schubsteif und führen lokal zu hohen Verbundwirkungen zwischen den Einzelscheiben. Aufgrund der Fügegeometrie und den Erfordernissen einer effizienten numeri-schen Simulation des Gesamtbauteils sind zwei Versuchsaufbauten zu dimensionieren, mit denen die Bruchzähigkeit für die Rissöffnungsmoden I und II ermittelt werden können.
Betreuer/in: Florian Rheinschmidt, M.Sc.
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Folienkissen aus Dünnglas
Thin glass foil cusions
2021
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Unter zweiachsiger Krümmung können in dünnem Glas, ähnlich wie bei Textilmembranen, Membranspannungen einen erheblichen Teil der Lastabtragung übernehmen. Ziel der Arbeit ist die Untersuchung der Umsetzbarkeit von Glasluftkissen in Fassaden und Dächern.
Betreuer/in: Timon Peters , M.Sc.
Numerische Simulation der thermisch induzierten Spannungen von Fassadenverglasungen
Numerical simulation of the thermally induced stresses of facade glazing
2021
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Fassadenverglasungen werden durch verschiedene Belastungen, wie etwa Eigengewicht, Wind, Stoßbeanspruchungen beansprucht. Zusätzlich ist jedoch auch die Belastung durch Temperatur zu beachten. Diese thermische Belastung setzt sich in der Regel aus zwei Komponenten zusammen, und zwar aus der Sonneneinstrahlung auf die Glasoberfläche und die Umgebungstemperatur. Immer wieder kommt es bedingt durch die jeweilige Einbausituation, Verschattung, Orientierung (Himmelsrichtung), etc. zu thermisch induzierten Glasbrüchen, die in der Baupraxis bereits ein bekanntes Problem darstellen. In der Regel sind die Verglasungen (z.B. Isolierglas), bei denen es zum thermischen Bruch kommt, diejenigen, welche mit nicht thermisch vorgespanntem Glas (annealed glass) zusammengesetzt sind. Der thermische Bruch stellt sich überlicherweise von der Glaskante aus ein, da diese den größten Grad der Schädigung (größte Kerben) enthält und zugleich dort die maximalen Beanspruchungen aus der thermischen Belastung resultieren. Im Rahmen einer Bachelor- oder Masterthesis soll eine Isolierglaseinheit thermischmechanisch mit Hilfe einer Berechnugssoftware z.B. Ansys numerisch simuliert und dabei verschiedene Parameter analysiert werden.
Betreuer/in: Gregor Schwind , M.Sc.
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Numerische Untersuchungen zum thermisch induzierten Glasbruch beim Doppelringbiegeversuch bei hohen Temperaturen
Numerical investigations on thermally induced glass fracture in the coaxial bending test at high temperatures
2021
Masterarbeit
Kalk-Natronsilicatglas und Borosilicatglas stellen als transparente Werkstoffe die Basis für verschiedene baupraktisch relevante und architektonisch ansprechende Konstruktionen dar. Durch die spröde Beschaffenheit von Glas bricht dieses an der Stelle der größten Schädigung. Schädigungen können durch den Herstellungsprozess des Glases selbst oder z.B. auch durch das Einbringen von Bohrungen entstehen. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurden Doppelringbiegeversuche bei hohen Temperaturen (bis zu 550 °C) an Glasproben mit zentrischer Bohrung durchgeführt. Die Festigkeitsprüfung dieser Geometrie zeigte, dass die Proben nicht nur durch die mechanische Belastung infolge Biegung brechen, sondern auch durch thermische Belastungen von der Bohrungskante aus brechen können. Im Rahmen einer Masterthesis soll untersucht werden, bei welcher Temperatur, zu welchem Zeitpunkt die Glasproben gebrochen sind. Es soll unter zudem herausgearbeitet werden, welche Aufheizrate nicht überschritten werden darf, sodass es gerade nicht zum thermisch induzierten Glasbruch kommt.
Betreuer/in: Gregor Schwind , M.Sc.
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Paper in Construction
Nachhaltige Integration von Papierwerkstoffen in die Gebäudekonstruktion: Stand der Forschung und exemplarische Ökobilanzierung
Sustainable Integration of Paper-Based Materials into Building Construction: State of Research and Exemplary Life Cycle Assessment
2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Die Bauindustrie steht vor der Herausforderung, nachhaltigere Materialien und Methoden zu finden, um die Umweltauswirkungen von Bauprojekten zu reduzieren. Eine vielversprechende Option ist die Integration von Papierwerkstoffen in die Bauprozesse. Diese Materialien bieten Potenzial für geringere Umweltauswirkungen, sind jedoch stark von der Wahl des Klebers abhängig, der ihre Festigkeit und Wiederverwendbarkeit beeinflusst. Papierwerkstoffe haben in den letzten Jahren verstärkt Einzug in die Bauindustrie gehalten, da sie eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Baustoffen darstellen. Die richtige Auswahl und Anwendung von Klebstoffen ist jedoch entscheidend für die Leistungsfähigkeit und Nachhaltigkeit von Papierwerkstoffen in Bauprojekten. Eine detaillierte Untersuchung der Klebfestigkeit verschiedener Kleber auf Papierwerkstoffen ist von großer Bedeutung, um die Eignung dieser Materialien in der Bauindustrie zu bewerten. Das Hauptziel dieser Thesis ist es, verschiedene Kleberarten auf ihre Klebefestigkeit und Anwendbarkeit auf Papierwerkstoffen zu untersuchen. Durch die Erkenntnisse aus dieser Untersuchung sollen fundierte Empfehlungen für die Auswahl von Klebern in nachhaltigen Bauprojekten entwickelt werden. Dies trägt dazu bei, die Verwendung von Papierwerkstoffen in der Bauindustrie zu fördern und gleichzeitig ökologische Nachhaltigkeit zu gewährleisten.
Betreuer/innen: Bernadette Lang-Eurisch , M.Sc., Dr. Nadja Bishara
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Snow and Avalanche Mechanics
Von Schnee zu Gletschereis: Einfluss räumlicher Variabilität auf die Verdichtung von Firnschnee
From snow to glacier ice: impact of spacial variability on firn desification
2021
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Die Verdichtung von Schnee führt zu einer porösen Struktur, die als Firn bezeichnet wird. Auf Gletschern wird dieses poröse Medium über viele Jahre durch weitere Schneeakkumulation zu Eis verdichtet. Es ist bekannt, dass der Verdichtungsprozess maßgeblich von der Temperatur und der Schneeakkumulation abhängt. Die ganzheitliche physikalische Beschreibung des Prozesses ist jedoch nach wie vor eine nicht gelöste Fragestellung. Die Arbeit soll untersuchen, welchen Einfluss vertikale Variabilitäten der Schneeschichtung auf den Spannungszustand in kompressiblen Schichten haben.
Betreuer/in: Dr.-Ing. Philipp Rosendahl
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Von der Schneeflocke zur Schneebrettlawine: Zum Aufbau und Bruch von Schneedecken
From snow flake to slab avalanche: evolution and fracture of snow covers
2021
Masterarbeit
Schneebrettlawinen stellen bis heute eine der größten Gefahren für Wintersportler:innen und Infrastruktur in Gebirgsregionen dar. Für Bergsportler:innen ist insbesondere von Interesse ob und wo eine Lawinenauslösung bereits durch das Eigengewicht des Schnees möglich ist oder wie viel Zusatzbelastung von sogenannten Schwachschichten innerhalb der Schneedecke getragen werden kann. Die Möglichkeit solcher Vorhersagen hängt maßgeblich von der Kenntnis der Schichtung der Schneedecke und vom Verständnis des Prozesses der Lawinenauslösung ab. Die Abschlussarbeit widmet sich der Verbesserung des Zusammenspiels von Simulationen des Schneedeckenaufbaus mit bruchmechanischen Prognosemodellen.
Betreuer/in: Dr.-Ing. Philipp Rosendahl
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Structural Dynamics Unit
Modellbildung von Zügen für eine zweidimensionale Interaktionsberechnung einer dynamischen Brückenüberfahrt
Modeling of trains for a two-dimensional interaction calculation of a dynamic bridge crossing
2023
Bachelorarbeit
Bei der dynamischen Bewertung von Eisenbahnbrücken hat besonders im Bereich der Resonanz die Fahrzeug-Brücken-Interaktion einen Einfluss auf die Schwingungsantwort. Für die Anwendung einer vereinfachten dynamischen Strukturanalyse wird das Fahrzeug als eine Reihe von bewegten Lasten betrachtet und mit einer sogenannten Zusatzdämpfung werden die positiven Effekte der Fahrzeug-Brücken-Interaktion berücksichtigt. Die Annahme für die Zusatzdämpfung basiert auf Berechnungen mit zweidimensionalen Mehrkörpermodellen.
Da die Überführung der Zugeigenschaften in ein zweidimensionales Mehrkörpermodell auf Vereinfachungen basiert, sind die Eigenschaften der fahrzeugspezifischen Berechnungsparameter für reale Fahrzeuge mit großer Sorgfalt zu definieren. Hierfür ist eine Einarbeitung in die Grundlagen der Fahrzeugtechnik und der unterschiedlichen Drehgestelltypen von konventionellen Zügen und Gelenkzügen notwendig. Anhand der Fahrzeugkenngrößen realer Fahrzeuge werden die Drehgestelleigenschaften sowie Feder- und Dämpferelemente auf Primär- und Sekundärebene verglichen und die ein Vergleich der Modellierung zur Realität hergestellt.
Betreuer/in: Antonia Kohl , M.Sc.
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Sensitivitätsanalyse zu den Feder- und Dämpferkennwerten für die Mehrkör-permodelle von Zügen
Sensitivity analysis for spring and damper characteristics in multi-body models of trains
2023
Masterarbeit
Bei der dynamischen Bewertung von Eisenbahnbrücken hat besonders im Bereich der Resonanz die Fahrzeug-Brücken-Interaktion einen Einfluss auf die Schwingungsantwort. Für die Anwendung einer vereinfachten dynamischen Strukturanalyse wird das Fahrzeug als eine Reihe von bewegten Lasten betrachtet und mit einer sogenannten Zusatzdämpfung werden die positiven Effekte der Fahrzeug-Brücken-Interaktion berücksichtigt. Die Annahme für die Zusatzdämpfung basiert auf Berechnungen mit zweidimensionalen Mehrkörpermodellen.
Da die Überführung der Zugeigenschaften in ein zweidimensionales Mehrkörpermodell auf Vereinfachungen basiert, sind die Eigenschaften der fahrzeugspezifischen Berechnungsparameter für reale Fahrzeuge mit großer Sorgfalt zu definieren. Diese Informationen stehen in der Regel nicht öffentlich zur Verfügung und basieren außerdem auf Werten der Feder und Dämpfer im isolierten Zustand, weshalb die Annahmen für die Modellierung nicht zwingend der Realität entsprechen. Zur weiteren Untersuchung der Feder- und Dämpferelemente auf Primär- und Sekundärebene soll eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt werden, um die Auswirkungen dieser Modellelemente auf die Interaktionseffekte zu beurteilen.
Betreuer/in: Antonia Kohl , M.Sc.
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Optimierung von Modellzügen für ein Hochgeschwindigkeitslastmodell für Eisenbahnbrücken
Optimization of model trains for a high-speed load model for railway bridges
2023
Masterarbeit
Für die dynamische Beurteilung von Brücken existiert derzeit ein Hochgeschwindigkeitslastmodell bestehend aus 10 fiktiven Modellzügen (HSLM-A), welches allerdings nicht alle verkehrenden Züge abdeckt.
Im Rahmen eines abgeschlossenen Forschungsprojekts wurde mithilfe der dynamischen Zugsignatur eine Umhüllende von über 3.000 derzeit verkehrenden Personenzügen gebildet, welche somit als Grundlage für ein neues Lastmodell dient.
Mithilfe einer Optimierung wird diese Umhüllende mit einer geringen Anzahl fiktiver Modellzüge repräsentiert.
Betreuer/in: Antonia Kohl , M.Sc.
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Validierung von Modellzügen für ein Hochgeschwindigkeitslastmodell für Eisenbahnbrücken
Validation of model trains for a high-speed load model for railway bridges
2023
Masterarbeit
Für die dynamische Beurteilung von Brücken existiert derzeit ein Hochgeschwindigkeitslastmodell bestehend aus 10 fiktiven Modellzügen (HSLM-A), welches allerdings nicht alle verkehrenden Züge abdeckt.
Im Rahmen eines abgeschlossenen Forschungsprojekts wurde mithilfe der dynamischen Zugsignatur eine Umhüllende von über 3.000 derzeit verkehrenden Personenzügen gebildet, welche somit als Grundlage für ein neues Lastmodell dient.
Mithilfe einer Optimierung wird diese Umhüllende mit einer geringen Anzahl fiktiver Modellzüge repräsentiert.
Betreuer/in: Antonia Kohl , M.Sc.
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Masterarbeit
Die aktuellen Normen für den Entwurf und die Bewertung von Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnbrücken decken eine Reihe neu entwickelter und bereits in Betrieb befindlicher Eisenbahnfahrzeuge nicht ab. Der Hauptgrund dafür sind die derzeit verwendeten innovativen Achsanordnungen sowie die Tatsache, dass die neuen Fahrzeuge schneller und schwerer sind als die Fahrzeuge, die für die Entwicklung der aktuellen Lastmodelle berücksichtigt wurden. Zurzeit wird daher im Rahmen eines Forschungsprojekts des Deutschen Zentrums für Schienenverkehrsforschung beim Eisenbahnbundesamt ein neues normungsfähiges Hochgeschwindigkeits-Lastmodell entwickelt, um die Lücken des aktuellen Modells zu schließen.
Betreuer/in: Maximilian Rupp, M.Sc.
Dynamische Berechnung von Eisenbahnbrücken für Hochgeschwindigkeitsverkehr unter Berücksichtigung der Radsatzlasten als Teilflächenlasten
Dynamic calculation of railway bridges for high-speed trains considering wheelset loads as partial area loads
2021
Masterarbeit
Bei der dynamischen Analyse von Eisenbahnbrücken für Hochgeschwindigkeitsverkehr werden die Radsatzlasten in der Regel sehr vereinfacht, als eine Reihe von bewegten Einzellasten betrachtet. Dieser Ansatz erweist sich jedoch in vielen Fällen als zu konservativ, die so ermittelten Strukturantworten werden in der Regel überschätzt. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, wurde in den Normen und Regelwerken ein Ansatz zur Lastverteilung in Längsrichtung eingeführt. Dieser entspricht in etwa einer Aufteilung jeder Achslast auf drei Schwellen, jeweils als Einzel-lasten. In der Realität liegt allerdings eine Teilflächenlast vor. Diese kann durch eine Fourier-Reihe erfasst werden.
Betreuer/in: Antonia Kohl , M.Sc.
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