Arbeitskreis Punkthalterung

Arbeitskreisleiter

Dr. Mascha Baitinger (Verrotec GmbH), Dr. Jörg Beyer (TU Darmstadt)

Ziele

Der Arbeitskreis Punkthalter untersucht die lokale Beanspruchung von Glas bei punktförmiger Stützung. Glas kann Spannungsspitzen nicht abbauen und bricht bei Überbeanspruchung kleinster Bereiche. Deshalb ist die genaue Kenntnis lokaler Spannungen entscheidend für eine sichere und wirtschaftliche Glasbemessung.

Derzeit liegen die Schwerpunkte im Arbeitskreis bei folgenden zwei Themen:

Glas unter Lochleibungsbeanspruchung

Das Glas muss in Scheiben-Ebene Kräfte aufnehmen. Diese Form der Belastung tritt üblicherweise bei tragenden Glasbauteilen wie Schwertern und Balken auf, bei denen Kräfte mit Bolzenverbindungen übertragen werden. Bei einer idealen Lochleibungsverbindung beeinflussen drei Faktoren die Bruchlast des Glases: der Bohrungsdurchmesser, die Glasdicke und das Hülsenmaterial. Die größte Unsicherheit bei der Bemessung stellt der Einfluss des Hülsenmaterials dar. Aus diesem Grund wurden vom FKG bisher über 200 Bruchversuche mit verschiedenen Hülsen durchgeführt und ausgewertet. Dabei hat sich gezeigt, dass die Bruchlasten je nach Hülsenart um bis zu 300% voneinander abweichen. Die bisherigen Versuche wurden auf monolithisches ESG beschränkt, um die Anzahl der Einflüsse zu begrenzen. Da diese erfolgreich abgeschlossen sind, werden die nächsten Versuche auf TVG und VSG ausgedehnt. Diese Versuchsdaten sind eine wichtige Informationsquelle für FKG-Mitglieder zur Abschätzung der Bruchlasten von Gläsern beliebiger Dicke, Bohrung und Hülsen. Sie können darüber hinaus zur Kalibrierung von FE-Modellen verwendet werden, was die Ausdehnung der Erkenntnisse auf nicht-ideale Lochleibungszustände erlaubt, wie Exzentrizitäten und kleine Randabstände.

Berechnung von „normalen“ punktgehaltenen Gläsern

Über Bohrungen gehaltene Gläser in Fassaden und Dächern sind inzwischen Stand der Technik. Damit sie auch baurechtlich so behandelt werden können, wird derzeit eine Norm zur Bemessung von Glas vorbereitet – die DIN 18008. Der FKG unterstützt hier insbesondere die Arbeit am Teil 3 für punktgehaltene Verglasungen. In der Vergangenheit wurde in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen ein Bemessungsverfahren entwickelt, mit dem anhand von Kleinteilversuchen FE-Modelle kalibriert werden, die anschließend die sichere und wirtschaftliche Bemessung beliebiger Gläsergeometrien erlauben. Ein solches Bemessungsverfahren soll in die neue Glasnorm eingehen, wobei die Erkenntnisse von weiteren Hochschulen einfließen, die intensiv zum Thema forschen. Verschiedene Verfahren werden im Praxistest ausprobiert, diskutiert und bewertet. An dieser Aufgabe arbeiten FKG-Mitglieder, die sich auf die Berechnung von Glas spezialisiert haben. So soll ein möglichst breites Spektrum an Programmen und Anwendern abgedeckt werden. Derzeit beschränkt sich die Anwendung auf Tellerhalter. In Zukunft sollen die Verfahren auf Senkhalter und Isolierglas ausgeweitet werden. Hierbei will der FKG wieder mit den spezialisierten Hochschulen eine Vorreiterrolle übernehmen.

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Arbeitskreis Verbundglas

Arbeitskreisleiter

Jan Wünsch (TU Dresden), Dr. Steffen Feirabend (Universität Stuttgart)

Ziele

Der Arbeitskreis Verbundglas (AK-VG) hat sich zum Ziel gesetzt, das Trag- und Resttragverhalten von Verbundgläsern zu untersuchen. Diese Betrachtungen beinhalten sowohl die Eigenschaften der einzelnen Komponenten des Laminats als auch deren Zusammenwirken im Verbund. Neben dem Tragverhalten von Verbundgläsern sollen sowohl die Besonderheiten bei der Herstellung als auch neue Anwendungsmöglichkeiten, wie z.B. kalt- und warmgebogene Verbundgläser, näher beleuchtet und diskutiert werden.

Derzeit sind insbesondere neue Zwischenschichten mit viel versprechenden Eigenschaften im Interesse des Arbeitskreises. Es gilt deren Potentiale für den konstruktiven Glasbau auszuleuchten. In einem ersten Schritt wurde zu diesem Thema das Projekt Zwischenschichten durch das Institut für Baukonstruktion, Universität Dresden als auch vom Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren, Universität Stuttgart im Jahr 2009 bearbeitet. Dabei wurden die zeit- und temperaturabhängigen Materialeigenschaften der Zwischenschichten PVB, SGP, EVA, PU ermittelt. Kleine Bauteilversuche zu lichttechnischen Eigenschaften sowie Kugelfallversuche nach der Bauregelliste wurden durchgeführt. Weitere Bauteilversuche zum Trag- und Resttragverhalten sollen folgen. Die bisher gesammelten Daten wurden ausgewertet und in einem Bericht zusammengefasst. Dieser findet sich neben einer Vielzahl von relevanter Literatur zum Thema Verbundglas in einer neu aufgebauten Literaturdatenbank des FKG wieder.

Mit einem neuen Projekt sollen nun die Haftungseigenschaften der Zwischenschicht auf unterschiedlichen Oberflächen untersucht werden. Dabei stehen E-Maillierte Glasoberflächen im Mittelpunkt des Interesses, da diese laut Bauregelliste bei einem Verbundsicherheitsglas nicht im Verbund mit PVB stehen dürfen.
Neben diesen neuen Projekten hat sich der Arbeitskreis unter anderem auch mit dem in einem Verbundglas auftretenden Temperaturprofil beschäftigt. Hierfür wurden Freilandversuche zur Ermittlung der Temperaturverläufe im Verbundglas mit Zwischenschichten aus PVB in Abhängigkeit von Glasart, E-Maillierung, Belüftung und Ausrichtung der Versuchskörper am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren, Universität Stuttgart durchgeführt.

Basierend auf diesen und weiteren Untersuchungen von verschiedenen Instituten (z.B. RWTH Aachen) wurde ein Anwendungsvorschlag zur Bemessung von Verbundsicherheitsglas erarbeitet. Dieses Bemessungskonzept erlaubt den Ansatz eines günstig wirkenden Schubverbunds durch die PVB Zwischenschicht bei kurzzeitigen Lasten. Leider führten die nicht ausreichenden Vorgaben in den Produktnormen zur Gewährleistung der PVB-Eigenschaften dazu, dass dieser Vorschlag nicht Eingang in den jetzigen Normenentwurf der E DIN 18008 gefunden hat.

Neben den erwähnten Forschungsprojekten und den Bemühungen das vorhandene Wissen der Mitglieder bei neuen Normen und Regelwerken einzubringen, fördern die Arbeitskreise den regen Erfahrungsaustausch unter den Mitgliedern. Die konstruktiven und gestalterischen Möglichkeiten im konstruktiven Glasbau sind noch längst nicht ausgeschöpft – es gilt sie weiter zu ergründen!

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Arbeitskreis Kleben

Arbeitskreisleiter

Rainer Becker (Becker Görz Meister GmbH)

Ziele

Motivation zur Gründung der Arbeitsgruppe war, dass Silikonverklebungen - im Bauwesen seit langem bekannt - sich in den vergangenen Jahren einen großen Einsatzbereich auf dem Gebiet der Fassadenverglasung erobert haben. Vorrangiges Einsatzgebiet war lange Zeit fast ausschließlich die Abdichtung von Wetterfugen und der Randverbund von Isolierglaseinheiten. Aufgrund seiner Eigenschaften bietet der Werkstoff Silikon das Potenzial über die Dichtwirkung hinaus, tragende Funktionen bei Fassadenkonstruktionen zu übernehmen. Eine Europäische Richtlinie (ETAG 002) regelt derzeit die konstruktiven Randbedingungen von Silikonen für linienförmige Verklebungen.

Jedoch ist das Wissen bezüglich der tatsächlichen mechanischen Eigenschaften von Silikon noch begrenzt, so dass beim Einsatz von ingenieurmäßig geplanten Verklebungen in großem Maß auf Versuche zurückgegriffen werden muss.

Der Zugversuch nach ETAG ist zur direkten Bestimmung von Festigkeitswerten von Silikon nur bedingt geeignet, da Randeffekte zur Spannungskonzentration in den Probekörpern und zu damit verbundenen dreidimensionalen Spannungszuständen führen und daher Rückschlüsse auf das Festigkeitsverhalten des eigentlichen Werkstoffs Silikon nur bedingt möglich sind. Das Zusammenspiel von Experiment (Werkstoffversuche) und Theorie (Nachrechnung mit FEM) dient dazu, theoretische Modelle für den Werkstoff Silikon zu entwickeln. Wesentliche Zielsetzung der Arbeitsgruppe ist das Schaffen von Bemessungsgrundlagen für ingenieurmäßig geplante, komplexere Verklebungsgeometrien im Bereich des Structural Glazing.

Durch das erlangte Wissen wird es künftig möglich sein:

• Verklebungsgeometrien frei zu gestalten
• sie hinsichtlich eines möglichst günstigen Versagensmechanismus zu optimieren
• einfache Formeln und Kennwerte für den Entwurf beliebiger Verklebungen heranzuziehen
• eventuell notwendige Versuchsreihen deutlich zu reduzieren.

Als Erweiterung des bisherigen Arbeitsprogramms wird begonnen, auch Verklebungen mit Duromeren (z. B. Acrylate, Epoxidharze) zu untersuchen. Hierbei wird der Schwerpunkt auf Verklebungsgeometrien gelegt, wie sie in der Praxis wünschenswert sind.

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Arbeitskreis Explosionsschutz

Arbeitskreisleiter

Dr. Albrecht Burmeister (Delta-X GmbH Ingenieurgesellschaft)

Ziele

Ziel des Arbeitskreises Explosionsschutz ist eine Verbesserung der Wettbewerbssituation der FKG-Mitglieder. Dies soll durch einen Kompetenz-Zugewinn auf dem Gebiet des Explosionsschutzes, der Entwicklung von konstruktiven Lösungen und der Bereitstellung von rechnerischen Ansätzen geschehen. Dies sind wichtige Voraussetzungen, um projektabhängig Optimierungspotentiale in den Bereichen Wirtschaftlichkeit und Sicherheit aufzeigen zu können.

Sowohl Menschen als auch Bauwerke sind durch Detonationen bedroht. Vor diesem Hintergrund hat sich der Fachverband Konstruktiver Glasbau im Arbeitskreis Explosionsschutz das Ziel gesetzt, Möglichkeiten aufzuzeigen, mit denen Menschen auch in Verbindung mit Glasfassaden vor Auswirkungen von Explosionen geschützt werden können. Erarbeitet werden Tragwerkskonzepte der Fassaden sowie notwendige konstruktive Voraussetzungen, um das Ziel zu erreichen. Verfolgt wird ein ganzheitlicher Ansatz, der die Tragwerke nicht isoliert sondern zusammen mit der Verglasung und deren Lagerung in der Fassade betrachtet. Diese bietet Raum für unterschiedliche Herangehensweisen, wobei die momentane Forschungstätigkeit den unmittelbaren Nahbereich von Explosionen ausklammert.

Ein wesentliches Instrument für die Beurteilung von explosionsgefährdeten Fassaden ist deren rechnerische Behandlung. Bisher durchgeführte Berechnungen zeigen im Vergleich mit durchgeführten Versuchen eine gute Übereinstimmung, was die Weiterarbeit in dieser Richtung fördert. Angesprochen sind Untersuchungen zur Verbesserung der Berechnungsgrundlagen. Hierzu wurden in der Vergangenheit Versuche zum Bruchverhalten unterschiedlicher Verbundsicherheitsgläser durchgeführt, um die dynamische Tragfähigkeit von Glas zu ermitteln. Diese Versuche beinhalteten sowohl unterschiedliche PVB-Produkte als auch SentryGlasPlus. Die Versuche wurden einerseits im Standard-Prüfrahmen als auch im FKG-Sonderrahmen durchgeführt. Weitere Untersuchungen sollen die Grenztragfähigkeit der Folien � in Interaktion mit gebrochenem Glas � und die Kurzzeit-Tragfähigkeit im Bereich der Glaslagerung zum Ziel haben.

Mit diesen Grundlagen wird es möglich sein, die Auswirkung von Explosionen auf Fassaden zu beurteilen. Dies stellt eine wesentliche Erweiterung der gängigen Praxis dar, welche vielfach nur das einzelne Fenster beurteilt. So werden Möglichkeiten geschaffen, Optimierungspotentiale in den Bereichen Wirtschaftlichkeit und Sicherheit zu nutzen. Damit wird es auch gelingen, Versuche zur Qualifizierung einzelner Konstruktionen zielgerichtet vorzubereiten und in ihrer Aussagefähigkeit zu verbessern.

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Arbeitskreis Isolierglas

Arbeitskreisleiter

Dr. Peter Hof (TU Darmstadt), Dr. Frank Schneider (Okalux GmbH)

Ziele

Der Arbeitskreis Isolierglas beschäftigt sich zunächst mit der freien Isolierglaskante. Einflüsse, die auf den Randverbund bei freien, das heißt nicht ausgesteiften Ganzglasstößen wirken, sollen ermittelt und ein Zusammenhang zwischen Durchbiegung und Lebensdauer bei verschiedenen Isolierglasaufbauten festgestellt werden.

Gestalterische Ziele sind das Streben nach Planität (Flächenbündigkeit), filigrane Konstruktionen, ein größeres Flächenverhältnis von transparentem Isolierglas zu lichtabschirmendem Rahmen sowie großflächige Verglasungen mit Glas im Vordergrund.

Von der technischen Seite sind eine einfache Montage, der winterliche Wärmegewinn aufgrund lichtdurchlässiger Bauteile, die Minimierung von Schwachstellen, wie Silikon- und Dichtfugen sowie Eckverbindungen- und stöße bei großen Verglasungen und ein minimierter Reinigungsaufwand bei großflächigen Verglasungen anzustreben.

Es muss geklärt werden, ob ein Zusammenhang zwischen der Durchbiegung der freien Isolierglaskante und der Lebensdauer nachweisbar ist, ob erhöhte Durchbiegungen vertretbar und eine Neudefinition der qualitativen Eigenschaften des Randverbundes notwendig sind. Von Interesse ist, ob diese Erkenntnisse in statische Berechnungen umgesetzt werden können, so dass die Glasdickenbemessung beeinflusst werden kann.

Um diese Fragestellungen zu beantworten, müssen in Form einer Recherche Erkenntnisse und Erfahrungen der praktischen Umsetzung gesammelt, bestehende Verglasungen statisch nachgerechnet und Alterserscheinungen bewertet werden.

Prüfkörperversuche sollen helfen, den Einfluss verschiedener Faktoren auf die Lebensdauer von Isoliergläsern bewerten zu können. Zu diesen Faktoren zählen die Qualität der Randentschichtung sowie des Versiegelungsmaterials und der Dichtung, das Material des Abstandhalters, die Dimension des Randverbundes, die Verträglichkeit der verwendeten Materialien, das Randemaille sowie Klima-, Wind- und Holmlasten.

In den begleitenden und nachfolgenden statischen Bemessungen werden insbesondere die maximale Glasspannung betrachtet sowie die maximalen Haftungsangaben der Dichtstoffhersteller unter Berücksichtigung der Prüfkörperversuche überprüft. Klimalasten spielen in den Berechnungen eine wichtige Rolle, die Durchbiegung soll jedoch noch nicht berücksichtigt werden.

Bauteilversuche unter Berücksichtigung realitätsnaher Bedingungen sollen die experimentelle Überprüfung der Berechnungen und der aus den Kleinteilversuchen gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen.

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Arbeitskreis Qualitätssicherung

Delamination

Arbeitskreisleiter

Dr. Erich Handel (Handel Engineering GmbH)

Ziele

Ziel des Arbeitskreises Qualitätssicherung ist die Entwicklung von Handlungs- oder Vorsorgemaßnahmen zur Vermeidung konkreter Problem- oder Schadensfälle basierend auf der Auswertung von Lösungswegen und Erfahrungen der Mitglieder.

Der Arbeitskreis Qualitätssicherung wurde im April 2009 gegründet und soll sich mit dem Phänomen Delamination von VSG Gläsern auseinandersetzen und die Ursachen und Einflussfaktoren näher untersuchen. Die Delamination wird durch verschiedenste Faktoren wie Folientyp, Glastyp, Herstellung und Nutzung, beeinflusst. Diese Faktoren sollen systematisch gegliedert und näher beleuchtet werden.
Vorerst sollen die Einflüsse die aus der Wahl des Folientyps und Hersteller mit den möglichen Haftungszahlen und der Einfluss aus Foliendicke und Weichmacheranteil untersucht werden. Bei dieser Untersuchung zum Folientyp sollen nicht nur PVB Folien, sondern auch andere Folientypen betrachtet werden.

Der Glastyp wie Float, ESG und TVG stellt mit den Einflussfaktoren Beschichtung, Bedruckung, Glasdicken und Glasgrößen einen weiteren Einflussbereich dar.

Im Weiteren ist selbstverständlich die Herstellung einer VSG Verglasung mit dem Verfahren im Autoklaven, Klimabedingungen und relative Luftfeuchte beim Zusammenbau bis hin zum Reinigungswasser einer der maßgebenden Einflusssphären.

Eine weitere Gruppe von Einflussfaktoren wirkt auf die VSG Verglasung nach dem Einbau der VSG Verglasung.

Die Klimabedingungen mit Temperatur und relativer Luftfeuchte, sowie konstruktiver Bewitterungsschutz oder freie VSG Glaskante und die Verträglichkeitsproblematik von benachbarten Materialien haben ebenfalls einen wesentlichen Einfluss auf das Delaminationsverhalten.

Nach dem Aufzeigen der verschiedensten Faktoren sollen Methoden und Nutzungshinweise erarbeitet werden, die eine Minimierung und möglicherweise einen Ausschluss von sichtbarer Delamination erlauben. Damit wäre es möglich, die Grenzen des technisch Machbaren und den Bereich der Möglichkeit einer projektbezogenen Garantie und Gewährleistung näher definieren und eingrenzen zu können.

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Arbeitskreis Kantenfestigkeit

Arbeitskreisleiter

Dr. Frank Ensslen (Semcoglas Holding GmbH)

Ziele

Der Arbeitskreis �Kantenfestigkeit� beim Fachverband Konstruktiver Glasbau e.V. wurde im Oktober 2009 gegründet und setzt sich aus Vertretern von Universitäten, Prüfstellen, Glasveredlern und Ingenieurbüros zusammen. Er hat sich zur Aufgabe gesetzt, die Kantenfestigkeit bzw. Kantenqualität in Abhängigkeit der Kantenbearbeitungsart zuerst experimentell und im späteren Projektverlauf numerisch zu untersuchen. Ein Ziel ist die Formulierung eines Empfehlungspapiers für die zweckmäßigste Kantenausführung, in Abhängigkeit von der Scheibenanwendung bzw. Kantenbeanspruchung.

Die Motivationsgründe für die Bildung dieses Arbeitskreises sind vielfältig:

a) Die Anforderungen der aktuellen und zukünftigen Energieeinsparverordnung(en) zur Verbesserung der Energieeffizienz der Gebäudehülle führen zu einem zunehmenden Einsatz von Dreifach-Isoliergläsern. Aus der Gutachterpraxis sind hierzu zurzeit parallel vermehrte Glasbrüche zu vermelden, deren Ursprünge meist von der Kante ausgehen. Demzufolge erhält die Kantenbeschaffenheit von Floatglas mit ihren mehr oder minder vorherrschenden Schädigungen infolge höherer Eigengewichte, Scheibenversätze untereinander und somit bei der Verklotzung ungleichmäßig belasteter Kanten einen bedeutenden Stellenwert. Zusätzlich ist der gestiegenen thermischen Belastung - insbesondere bei der mittleren, häufig beschichteten Scheibe - und einhergehend damit erhöhten Kantenzugbeanspruchung größere Bedeutung beizumessen. Diese Effekte werden durch tiefere Glaseinbindetiefen (ggf. in schwach dämmenden Rahmenprofilen) sogar verstärkt.

b) Bislang spielte die wissenschaftliche Untersuchung der Kantenfestigkeit von Floatgläsern in Forschungsprojekten eine eher untergeordnete Rolle. Es stellt sich daher die Frage nach der repräsentativen Aussagekraft bzw. allgemeinen Übertragbarkeit bisheriger Daten. In der Literatur existieren dazu unterschiedliche Angaben für die Beanspruchbarkeit der Kante. So wird hierfür in Bezug auf die Flächenfestigkeit von Floatglas ein Abschlag zwischen 10 % und 30 % vorgeschlagen.

c) Zur Optimierung von Verklotzungen, u.a. im Zusammenhang mit der Weiterentwicklung von schlanken Fensterprofilen, liegen nur wenige wissenschaftlich abgesicherte Werte mit einem materialgerechten Ansatz für die Glaskante vor.

d) Ganzglasecken stellen eine besondere ingenieurmäßige Herausforderung dar. Für die sichere und zuverlässige Einleitung von Druckkräften über die Glaskante in die Scheibenebene hinein sind mechanische Kenndaten notwendig.

Das gesamte Projekt gliedert sich in zwei Abschnitte: Der experimentelle Untersuchungsteil dient zunächst für eine Ermittlung von Basisdaten, wobei ein wissenschaftlicher und zugleich praxisnaher Ansatz verfolgt wird. Die dazugehörige Versuchsplanung und -vorbereitung ist sehr herausfordernd und entscheidend für die Qualität der Versuchsergebnisse. Dazu werden die Proben bei sechs verschiedenen Glasverarbeitern unter realistischen Produktionsverhältnissen hergestellt, d.h. mit üblich eingesetzten Schneide- und Schleifautomaten in verschiedenen Ausführungen.

Die langen Kanten der Versuchsscheiben mit den Abmessungen 1100 mm x 120 mm sind dabei geschnitten (KG), gesäumt (KGS) und geschliffen (KGN) ausgeführt. Vorläufig werden die Glasdicken 4, 6 und 8 mm untersucht. Jeweils 30 Proben pro Versuchsserie werden hergestellt. Insgesamt über tausend Vier-Punkt-Biegezugversuche um die starke Achse in Anlehnung an EN 1288-3 sind an der MPA Darmstadt und TU Dresden vorgesehen. Für eine bessere Beurteilung der Versuchsergebnisse im Nachhinein ist die detaillierte Dokumentation von wesentlichen Einflussfaktoren auf die Kantenqualität beim Zuschnitt, Säumen und Schleifen der Prüfkörper sehr wichtig (z.B. Schneidgeschwindigkeit und -druck, Geometrie des Schneidrädchens oder Zusammensetzung des Schneide- und Kühlmittels, u.v.m.). Hierzu werden umfangreiche Protokolle verwendet, die mit Unterstützung der Firma Bohle AG erarbeitet wurden. In weiterer Vorbereitung werden vor der Durchführung der Biegezugversuche stichprobenartig makroskopische Aufnahmen von den Probenkanten gemacht. Mit ersten Ergebnissen dieses Projektabschnitts ist im Herbst 2011 zu rechnen. Hiernach schließt sich der numerische Untersuchungsteil an, dessen Inhalte zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht genauer definiert sind. Der Abschluss des Gesamtprojektes mit Formulierung des Empfehlungspapiers ist voraussichtlich in der zweiten Jahreshälfte 2012 zu erwarten.

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