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Fraunhofer EMI prüft Glasfassadenelemente hinsichtlich Explosionsbelastungen

(6.2.2013) Fassaden aus Glas sehen schön aus – doch sie müssen auch sicher sein. Ob sie etwa einer Sprengstoffdetonation im näheren Umfeld standhalten, testen For­scher vom Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik mit einer Stoßrohr-Anlage - unter anderem für einen neuen 4 Milliarden US Dollar-Gebäudekomplex in San Francisco.


In dieser Anlage untersuchen Forscher, bei welcher Belastung Fenster und Glasfassaden zerstört werden. (Bild vergrößern)

Große Metropolen wie San Francisco befinden sich in ständigem Wandel. Alte zerfalle­ne und nicht sanierbare Fabriken sowie Häuser werden abgerissen, um Platz für Neues zu schaffen. Auch auf dem Gelände einer ehemaligen Bahnstation entsteht ein riesiger Gebäudekomplex: Das „Transbay Transit Center“ ist ein fünfstöckiger Bau mit Glas­fassaden und mehr als 20.000 Quadratmetern Grundfläche, auf dessen Dach ein mit Glas überdachter Park vorgesehen ist. Später soll noch ein Hochhaus dazukommen. Das Budget: 4 Milliarden US Dollar.

Was mit den Glasfassaden und dem Glasdach passiert, wenn im näheren Umfeld des Komplexes Sprengstoff detoniert, untersuchen Forscher am Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut EMI in Efringen-Kirchen, im Auftrag eines New Yorker Ingenieurbüros. „Mit dem Stoßrohr 'Blast-STAR' prüfen wir verschiedene Glas­fassadenelemente auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen weiter entfernte Explosions­belastungen“, erklärt Oliver Millon, Wissenschaftler am EMI.

Sicherheitsverglasungen, Fenster und Türen im Test

Das Stoßrohr besteht aus einem Kompressions- und einem Expansionsteil, getrennt durch eine Stahlmembran. Im Kompressionsteil lässt sich die Luft auf bis zu 30 bar komprimieren. Mit dem 30-fachen Luftdruck kann am Bauteil ein Belastungsdruck von 2,3 bar erreicht werden. Nach dem Einstellen des Drucks wird die Stahlmembran angestochen, wodurch die Luft schlagartig entweicht, durch das Expansionsteil hindurchläuft und als ebene Stoßfront auf das Glaselement trifft, das am Ende des Stoßrohrs befestigt ist. Dieses wird zunächst mit Wucht nach hinten gedrückt, bevor der Druck wieder nachlässt und das Glas nach vorne gesogen wird.

Durch verschiedene Druck-Einstellungen im Kompressionsteil lassen sich Detonationen unterschiedlicher Sprengstoffmengen in verschiedenen Abständen vom Gebäude nachstellen – von 100 bis 2.500 Kilogramm TNT in Abständen von 35 bis 50 Metern vor dem Gebäude. Übersteht das Glas die Prozedur unbeschadet? Reißt es oder zer­splittert es gar in unzählige Einzelteile? Welche Drücke Fenster und Glasfassa­den überstehen müssen, ohne zu bersten, legen verschiedene DIN- und ISO-Normen fest, nach denen die Forscher am EMI Sicherheitsverglasungen, Fenster und Türen unterschiedlicher Hersteller testen.

Wegen der extrem hohe Belastungen im Stoßrohr und der damit verbundenen Kom­plexität bei Herstellung und Betrieb gibt es weltweit nur wenige Prüfanlagen. Millon betont, dass die Anlage die abrupten Druckänderungen auf einem großen Querschnitt aushalten müsse - Die Glaselemente könnten immerhin bis zu drei mal drei Meter groß sein. „Zudem müssen wir sicherstellen, dass wir am Glaselement eine ebene Stoßfront erhalten, dass die Druckwelle also jede Stelle des Glaselements gleichzeitig erreicht“, sagt der Forscher. Um dies sicherzustellen, wurden bereits vor dem Bau des Stoßrohrs am Computer Simulationen durchgeführt, und diese dann später durch Messungen in der fertigen Anlage bestätigt.

Die Vorab-Untersuchungen zur Auswahl geeigneter Glasaufbauten für das „Transbay Transit Center“ sind bereits abgeschlossen. Zum klassifizierten Nachweis des Blast­widerstands der während der Bauphase ausgewählten Scheibentypen sollen weitere Untersuchungen folgen.

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