Während additive Fertigungstechnologien wie der Beton 3D-Druck bereits zur Errichtung ganzer Gebäude genutzt werden, sind vergleichbare Methoden für keramische noch nicht am freien Markt erhältlich. Da keramische Werkstoffe im Bauwesen jedoch ein breites Anwendungsspektrum, vom Mauerstein bis zum Waschbecken, aufweisen ist eine Erforschung des keramischen 3D-Druckes ein vielversprechendes Forschungsfeld. In vorangegangener Forschung wurden bereits erste Grundlagen zur Auslegung und Herstellung einer vorgespannten Kragarmtreppe aus additiv hergestellten Keramiksegmenten erarbeitet. Die hier ausgeschriebene Masterarbeit soll auf Basis dieser Erkenntnisse das System weiterentwickeln und evaluieren.

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.

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.

Das Versagen spröder Materialien wie Glas erfordert ein Verständnis des Risswachstums. Moderne Simulationen ermöglichen detaillierte Analysen von Rissgeometrien und Belastungseinflüssen. Dadurch können kritische Punkte identifiziert und das Risiko spröden Versagens minimiert 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.

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.

Wintersportler und Berginfrastruktur sind permanent von der Gefahr durch Schneebrettlawinen bedroht. Doch wie genau entstehen diese Lawinen? Ähnlich wie beim Versagen von Konstruktionen lassen sich Lawinen auf eine Schwachstelle in der Schneedecke zurückführen. Dank moderner Bruchmechanik und fundierter Materiekenntnisse stehen wir jedoch vor neuen Möglichkeiten, Lawinen präziser vorherzusagen.

Forschungsziel

Ziel ist es, ein praktisches Tool zu schaffen, das dem Nutzer durch die Eingabe von Schneedeckendaten eine unmittelbare Einschätzung der Auslösungs- und Ausbreitungstendenz von Schneebrettlawinen ermöglicht.

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.

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

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.