Design and monitoring of cold bent lamination-stabilised glass

Angesichts der zunehmenden Bedeutung der Freiformarchitektur wächst bei Bauherren, Planern und Herstellern die Nachfrage nach Lösungen für kontinuierlich gekrümmte, transparente gebäudehüllen. Dabei ist Verbundsicherheitsglas aufgrund der Ansprüche an die Widerstandsfähigkeit, Sicherheit und Dauerhaftigkeit das primäre Konstruktionsmaterial. Die häufig verwendete Methode, gekrümmte Fassaden oder Dächer zu facettieren, um plane Glasbauteile zur Eindeckung verwenden zu können, steht jedoch im Widerspruch zu den gewünschten fließenden, sanft gekrümmten Formen. Ein Erreichen dieses Zieles ist hingegen durch den Einsatz gekrümmter Gläser möglich, die durch neue und weiterentwickelte Fertigungstechniken in der Glasveredelung imme präziser hergestellt werden können. Plastische Heißverformung von Glas ermöglicht große und verschiedenartige , durch das Herstellungsverfahren können jedoch optische Unregelmäßigkeiten der Glasoberflächen und lokale, eingeprägte Spannungen im Glas entstehen. Abhängig von der Krümmung und Fertigungsart kann teilweise kein thermisch vorgespanntes Glas verwendet werden. Beim Kaltbiegen hingegen sind teilvorgespanntes und Einscheibensicherheitsglas beliebig anwendbar. Die erzielbaren Krümmungen sind begrenzt, es wird aber eine hohe optische Oberflächenqualität des Glases erzielt. Besonders interessant ist das Verfahren des Kaltbiegens mit Krümmungserhalt durch Herstellung eines Schubverbunds zwischen den einzelnen, gebogenen Gläsern per Lamination mittels Polymer-Zwischenschichten. Die Biegespannungen bleiben im Glas erhalten. Für diese Gläser kann möglicherweise auf eine architektonisch störende, formerhaltende Unterkonstruktion verzichtet werden. Übergreifende Forschungsansätze für solche kaltgebogenen, laminatstabilisierten Glaslaminate fehlen noch weitgehend. Eine weitere Einschränkung stellt die mangelnde Verfügbarkeit von anwendbaren Messmethoden zur Kontrolle der Formgebung und der eingeschlossenen Spannungen dar. In der vorliegenden Arbeit werden daher zunächst die charakteristischen Eigenschaften und die bei der Herstellung, Formgebung und im Langzeitverhalten einflussnehmenden Parameter von kalt gebogenen, laminatsstabilisierten Verbundgläsern untersucht. Numerische Modelle zur Analyse und Formfindung sowie Ansätze zum Monitoring der Spannungen sowie der dreidimensionalen Form der Gläser werden entwickelt und durch Versuche an realmaßstäblichen, kalt gebogenen Gläsern überprüft. Zur Beobachtung der Krümmungsform und des Rückstellverhaltens der Glaslaminate kommt ein photogrammetrisches Verfahren zum Einsatz. Erstmalig werden für die dauerhafte Erfassung von Oberflächenspannungen des Glases in den Schichten des Laminats faseroptische Sensoren mit Bragg-Gittern eingesetzt und Applikationsverfahren mit transparenten Klebstoffen entwickelt. Die Ergebnisse der Arbeit stellen auf Grundlage vorgenommener Untersuchungen eine Arbeitsbasis betreffend des Verhaltens, der prinzipiellen Parameter und der Modellierung kalt gebogener, laminatsstabilisierter Gläser sowie für das Monitoring mit faseroptischen Sensoren bereit.