Glasbausteine neu gedacht
Die Marke PLEXIGLAS®
Polymethylmethacrylat (PMMA)-Halbzeuge von POLYVANTIS werden auf dem europäischen, asiatischen, afrikanischen und australischen Kontinent unter der registrierten Marke PLEXIGLAS®, auf dem amerikanischen Kontinent unter der registrierten Marke ACRYLITE® vertrieben, jeweils eingetragene Marke der Röhm GmbH, Darmstadt, oder ihrer verbundenen Unternehmen.
Das Team des Glass Competence Center der TU Darmstadt forscht daran, wie man Glas als konstruktiven Werkstoff in Bauwerken verwenden kann. Mit einer gläsernen Brücke setzen die Wissenschaftler jahrelange Forschung nun in die Praxis um – dabei spielen auch Bauteile aus PLEXIGLAS® Acrylglas eine entscheidende Rolle.
Auf den ersten Blick erscheint es so, als wäre die Glassbridge vollständig aus Glas gefertigt und sehr fragil. Die knapp zehn Meter lange gläserne Bogenbrücke ist noch bis September 2025 im Corning Museum of Glass im US-Bundesstaat New York ausgestellt. Doch wer sich einmal auf dieses futuristische Bauwerk wagt, wird feststellen, dass es stabil und sicher ist. „Die Glassbridge zeigt, dass es möglich ist, Glas als konstruktiven Werkstoff zu nutzen“, erklärt Philipp Amir Chhadeh, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Glass Competence Center (GCC) der TU Darmstadt. Gemeinsam mit einem Team der University of Pennsylvania unter der Leitung von Dr. Masoud Akbarzadeh entwickelte das GCC die innovative Bauweise, der die Brücke ihre Stabilität verdankt. Entscheidend für das einzigartige Design sind dabei die Bauteile aus PLEXIGLAS® Acrylglas, die diese Konstruktion erst ermöglichen.
Geometriebasierte Bauweise
„Glas ist gegenüber Druck sehr widerständig, wohingegen Zug ein Problem ist“, erläutert Chhadeh. Deshalb fiel die Wahl der Entwickler auf eine bogenförmige Konstruktion, denn in einer solchen entsteht bei uniformer Belastung in jedem Bauteil nur Druck. „Wir sind mit der Idee gestartet, eine neue Art von Glasbausteinen zu entwickeln, die diese Eigenschaft noch verstärken“, sagt Chhadeh. Diese neuen Bausteine nennen sich Hollow Glass Units (HGUs).
Die Glassbridge setzt sich aus 124 dieser wabenartigen Hohlglaseinheiten zusammen. Für die HGUs kam eine geometriebasierte Strukturdesignmethode zum Einsatz, bekannt als Polyhedral Graphic Statics. Die 124 Einheiten sind so geformt, dass sie perfekt ineinanderpassen und gemeinsam die Bogenform ergeben.
Jede Einheit besteht aus zwei Deckplatten, die über Seitenplatten miteinander verbunden sind. Die Deckplatten sind ein Verbundglas aus zweimal 6 mm Floatglas-Scheiben, um im Fall eines Versagens eine Resttragfähigkeit zu gewährleisten. Die Seitenplatten dienen dazu, Last von der oberen Deckplatte in die untere Deckplatte zu übertragen, aber auch als Verbinder zwischen den HGUs. „Um dieses Anforderungsprofil zu bedienen, verwenden wir PLEXIGLAS® Acrylglas wegen seiner präzisen Verarbeitbarkeit durch CNC-Fräsen, seiner Festigkeit und seiner Transparenz“, erklärt Chhadeh.
Eigenschaften von PLEXIGLAS® GS:
- hohe Transparenz und glasähnlicher Look
- geringes Gewicht
- hohe Bruchfestigkeit und Oberflächenhärte
- einfache Be- und Verarbeitung
Präzision dank PLEXIGLAS® Acrylglas
Die Glasplatten und die Seitenteile werden mittels VHB-Klebeband (Very High Bond) miteinander verklebt und die HGUs anschließend mit einem Verbindungsstein ineinandergesteckt.
„Wir hatten lange überlegt, wie wir die Bausteine komplett aus Glas bauen können, aber das erwies sich als schwierig.“, sagt Chhadeh.
„Die Konstruktionsweise der Seitenplatten erfordert eine hohe Glasdicke mit einem eingefrästen Hinterschnitt. Das Problem bei Glas ist die geringe Festigkeit dieser Bohrung. Deshalb haben wir nach einem Werkstoff gesucht, der sich leichter und kosteneffizienter verarbeiten lässt, aber sich auch gut mit Glas verträgt. Die Wahl fiel dabei auf PLEXIGLAS® Acrylglas.“
Für die Glassbridge wählte das Team PLEXIGLAS® GS 0F00 GT in 25 Millimeter Dicke. Seine spezifischen Eigenschaften wie präzise Bearbeitbarkeit, Stabilität und Transparenz machen es zum idealen Werkstoff für dieses anspruchsvolle Projekt.
In der Glassbridge wurden PLEXIGLAS® Platten für die Verbinder innerhalb der HGUs und für die Schlüsselsteine verwendet. „Das Material lässt sich so präzise verarbeiten, dass wir alle 124 Einheiten mit einer Toleranz von unter 1 Millimeter herstellen konnten“, erklärt Chhadeh. Für die innovative Bauweise ist das extrem wichtig – nur wenn alle Einheiten exakt ineinandergreifen, kann die Brücke stehen.
„Mit PLEXIGLAS® Platten von POLYVANTIS und mit Glas haben wir die HGUs in Deutschland von Glasbau Pritz fertigen lassen und dann die Glassbridge gemeinsam mit dem Team der University of Pennsylvania aufgebaut“, berichtet Chhadeh.
Glas als konstruktiver Baustoff
Derzeit ist die Glassbridge ein Prototyp. „Für unsere Berechnungen haben wir den spezifischen Fall angenommen, dass eine Person über die Brücke läuft“, erklärt Philipp Amir Chhadeh vom Team des Glass Competence Center der TU Darmstadt, das für die Glasstatik zuständig war. „Sie ist noch nicht für größere Menschenmengen ausgelegt.“ Das ist jedoch langfristig das Ziel – nicht nur für die Glassbridge, denn das Institut arbeitet daran, möglichst viel Glas als konstruktiven Baustoff in Bauwerke zu integrieren.
UV- und witterungsbeständiges Material
Um die einzelnen Einheiten zusammenzustecken, nutzte das Team eine Unterkonstruktion aus Holz. „Beim Aufbau war es von Vorteil, dass PLEXIGLAS® Platten wesentlich leichter sind als Glas, denn das hat das Gesamtgewicht der einzelnen HGUs verringert.“ Doch nicht nur aufgrund seiner hervorragenden Verarbeitbarkeit und seines geringen Gewichts fiel die Wahl der Entwickler auf PLEXIGLAS® GS 0F00 GT. „Wir haben es auch aufgrund seiner hohen Transparenz ausgewählt.“ PLEXIGLAS® Acrylglas unterscheidet sich optisch kaum von Glas und fügt sich deshalb perfekt in das Gesamtbild der Brücke ein. Die hervorragende Oberflächenhärte und die dauerhafte UV- und Witterungsbeständigkeit des Materials gewährleisten eine Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse sowie eine lange Lebensdauer. Die Transparenz und die glasähnliche Optik von Komponenten aus PLEXIGLAS® Acrylglas bleiben erhalten, weil das UV-stabile Material bei Sonneneinstrahlung nicht vergilbt.
Vollständig recycelbar
Das innovative Brückenprojekt setzt neue Maßstäbe, nicht nur in technischer Hinsicht, sondern auch in Bezug auf eine nachhaltige Bauweise und ein ästhetisches Design. „Die Brücke aus Glas und PLEXIGLAS® Platten herzustellen, ist ressourcenschonender als eine Konstruktion aus Stahl“, erklärt Chhadeh. Ein weiterer Pluspunkt ist die Recyclingfähigkeit der verwendeten Materialien. Sowohl Glas als auch PLEXIGLAS® Platten lassen sich am Ende der Nutzungsdauer vollwertig recyceln. „Weil die HGUs lediglich verklebt werden, können sie am Ende ihrer Lebenszeit wieder in die einzelnen Bauteile zerlegt werden.“ Falls einmal eine Einheit Schaden nehmen sollte, ist die modulare Bauweise von Vorteil. „Man müsste dann nur die Unterkonstruktion wieder aufstellen und könnte einfach die defekte Einheit gegen eine neue austauschen.“
Die wichtigste Eigenschaft des Werkstoffs Glas ist für Chhadeh die Transparenz. „Ein Gebäude ohne transparentes Bauteil bekommt kein natürliches Licht. Deshalb macht Glas jedes Bauwerk besser.“ Außerordentliche Transparenz ist auch die Kerneigenschaft von Acrylglas der Marke PLEXIGLAS®. Dabei hat die Arbeit an der Glassbridge dem Team gezeigt, dass es mit seinem glasähnlichen Look, seiner Leichtigkeit und seiner guten Verarbeitbarkeit auch in Zukunft dabei helfen wird, einzigartige Projekte zu realisieren.
