Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Nutzung der Wirtschaftlichkeitspotentiale von "kalt gebogenen" Gläsern durch Untersuchung ihres Tragverhaltens und ihre Tragfähigkeit als Mono-, Verbund- und Isolierverglasung sowie der Zwangsbeanspruchung auf die Stahlbauunterkonstruktion

In der Architektur werden transparente freigeformte Fassadenflächen immer beliebter. Mit „kalt geformten“ Flachglasscheiben lassen sich diese kostengünstig realisieren. Für die Planung fehlen jedoch insbesondere für kleine und mittelständische Betriebe (KMU) Planungsgrundlagen, mit denen Aspekte wie die Dauerbeanspruchung im Glas und die Beanspruchung der Stahlbaukonstruktion erfasst werden können.

„Kalt geformte“ Flachglasscheiben unterscheiden sich von den sogenannten „laminationsgebogenen“ oder „warmgebogenen“ Scheiben in der Form, dass der Hersteller keine besonderen Biegevorrichtungen benötigt, sondern die Elastizität und Biegefähigkeit einer Flachglasscheibe vor Ort ausnutzt. Für die Realisierung von gekrümmten Fassaden bedeutet dies eine erhebliche Kostenreduzierung im Vergleich zu anderen Bauweisen.

Das Forschungsvorhaben untersucht das Kaltbiegen von Glas unter den Aspekten Spannungszustand in der Scheibe bei kleinen bzw. großen Verformungen, Stabilitätseffekten (Beulen und Durchschlagen), Formfindung, Grenztragfähigkeit und Dauerhaftigkeit. Neben der Glasbeanspruchung werden auch die aus der Zwangsbeanspruchung resultierenden Auflagerkräfte berücksichtigt. Als Werkstoffe werden nicht nur monolithische Scheiben betrachtet, sondern auch Verbundglas- und Isolierglasscheiben, wobei insbesondere die Dauerhaftigkeit des Folienverbundes und des Randverbundes im Fokus stehen.

Die Ergebnisse werden in der Form zur Verfügung gestellt, dass eine Bemessungshilfe im Rahmen der aktuell gültigen Bemessungskonzepte erarbeitet wird, mit deren Hilfe die Realisierung von freigeformten Fassadenflächen mit kalt geformten Verglasungen erheblich vereinfacht wird.

Ergebniszusammenfassung:

Im vorgestellten Forschungsarbeiten wurde, zunächst das Verhalten von Monogläsern während der Kaltbiegung auf nicht untersuchte Randbedingungen erweitert, um anschließend Bemessungsgrundsätze für die Kaltbiegung herleiten zu können. Um einen Vergleich mit punktgehaltenen Verglasungen zu ermöglichen wurde ein Versuchsstand entwickelt, der die Biegung der Gläser unter Einhaltung der Geradheit der Kanten erlaubt. Mit dem Versuchsstand konnte der gesamte Prozess des Kaltbiegens und die dabei stattfindende Formfindung untersucht werden. Es wurde ein Spektrum an Versuchen über verschiedene Glasarten, Glasdicken und Abmessungen durchgeführt. Dadurch konnte die Kaltbiegung charakterisiert werden. Es wurden entscheidende Erkenntnisse zur Formfindung der Glasscheiben in Abhängigkeit der Vorimperfektion, zu Kraft-Verformungsbeziehungen und zum eingebrachten Spannungszustand erarbeitet. Die an monolithischen Scheiben gewonnen Erkenntnisse wurden anschließend auf weitere Glasveredelungsprodukte übertragen. Es wurden Verbundglasscheiben mit unterschiedlichen Dicken und Folientypen untersucht, um den Einfluss des wirksamen Schubverbundes auf die schon an monolithischen Gläsern gewonnenen Erkenntnisse abzuleiten. Diese Versuche wurden ebenfalls numerisch nachvollzogen und durch die Modellierung der viskoelastischen Eigenschaften sind Aussagen zum Langzeitverhalten von kaltgebogenen Verbundgläsern möglich geworden. Die untersuchten Isolierglasscheiben wiesen zwei verschiedene marktübliche Randverbundsysteme auf, die zusätzlich in ihren Abmessungen variiert wurden. Anhand dieser Untersuchungen konnten Einflüsse der Randverbundsysteme auf das Verhalten der Scheiben geschlossen werden. Die Versuche wurden anschließend durch Finite-Elemente-Berechnungen nachvollzogen, was einen tieferen Einblick in die versagensauslösenden Spannungen und die Vorgänge im Scheibeninneren während der Kaltbiegung ermöglichte. Zusammenfassend wurde ein Bemessungskonzept ausgearbeitet.