Glasschale als Forschungsprojekt des ILEK Stuttgart

Hauchdünn und geklebt

Allen vier Jahreszeiten mit Hitze, Hagel, Frost und Schnee hat sie inzwischen standgehalten: eine gläserne Kuppel, die auf jede Art metallischer Verbindungsmittel verzichtet, errichtet als Experimentalbau für Glas-Klebetechnik am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren in Stuttgart.

It has withstood all four seasons with heat, hailstones, ice and snow: a glazed dome without any type of metal connections, erected as an experimental structure in glass-adhesive techno-logy at the Institute of Light-weight Structures, Design and Construction in Stuttgart.

Versteckt auf dem Unigelände im Pfaffenwäldchen bei Stuttgart, in Gesellschaft des »Probepavillons« von Frei Otto, dem heutigen Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK), steht sie, scheinbar schwebend: die erste sphärisch gekrümmte Kuppel über eine Spannweite von 8,5 m, nur mit dünnen, doppelt gekrümmten und stumpf miteinander verklebten Glasscheiben. Genau ein Jahr wurde sie bislang getestet, einen Sommer mit heißen Temperaturen, einen Winter unter Schneelast.

Experimente zur Klebetechnik

Bereits 2002 präsentierte Werner Sobek mit seinem Lehrstuhlmitarbeiter Lucio Blandini auf der glasstec in Düsseldorf eine geklebte Kuppel, wenn auch mit deutlich geringerer Spannweite (knapp 2,40 m) und nur vier Glaselementen. Zwei Jahre darauf entstand am selben Institut der größere Prototyp, entwickelt von Lucio Blandini, derzeit noch Doktorand am ILEK. Im Rahmen seiner Dissertation hat er die Klebeverbindungen der hoch leistungsfähigen Glasscheiben untersucht, das Tragverhalten der Schale berechnet, sie mit Hilfe einiger Diplomanden gebaut sowie vorab verschiedene Hersteller kontaktiert. Diese erklärten sich bereit, bei der Entwicklung mitzuarbeiten. So wurde mit fünf verschiedenen Klebstoffen geforscht, deren Temperaturbeständigkeit sowie Kriechverhalten getestet, bis letztlich das Epoxidharz einer amerikanischen Firma verwendet werden konnte. Die Glasscheiben aus Verbundsicherheitsglas kamen von einem italienischen Hersteller, der seltener Baustellen als vielmehr die Luftfahrt- und Automobilindustrie (Windschutzscheiben) beliefert.

Glasqualitäten gezielt eingesetzt

So ist die Glas-Klebetechnik eigentlich nichts »Neues«, doch in der Architektur nur vom »structural glazing«, den Silikonfugen in der Fassade, bekannt. Zumindest in den vergangenen Jahren wurde immer häufiger die hervorragend druckbeanspruchbare Eigenschaft von Glas genutzt, etwa bei Stützen, oder eben jetzt bei der Schale, die diesen Materialcharakter optimal in ihr Tragsystem integriert: Denn während normalerweise eine Metallkonstruktion als Tragwerk bei Überkopfverglasungen dient, bildet hier die Verglasung selbst das statische System. Äußere und innere Scheibe haben beide jeweils das gleiche Tragvermögen: Die obere, 8 mm dick, besteht aus Floatglas, die untere aus nur 2 mm dickem, chemisch vorgespanntem Glas (das damit vierfach belastbarer ist). So beträgt das Verhältnis Dicke zu Spannweite gerade mal 1:850. Gegenüber der thermischen Vorspannung hat chemisch vorgespanntes Glas den Vorteil, dass es unabhängig von der Form und Dicke (TVG mind. 4 mm) hergestellt werden kann.

Abgestimmte Unterkonstruktion und Verbindungen

Drei Jahre dauerte die Planung, die Bauzeit dafür nur drei Monate. Zunächst errichtete Lucio Blandini die 44 Glasscheiben auf einer Unterkonstruktion, um sie zu justieren und anschließend zu verkleben; die Fugenbreite liegt zwischen 0,5 und 1,5 cm. Die Kuppel – mit einem Schalengewicht von nur 1,5 t – lagert auf einem Titanring (da das Material den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt wie Glas), der wiederum von 32 Pendelstützen aus Edelstahl getragen wird. Die Halterungen/Verbindungen der Kuppel zum Ring bestehen als Kontrast aus sandgestrahltem Edelstahl; sie konnten im »ZL«, dem Zentrallabor des Konstruktiven Ingenieurbaus der Universität, hergestellt werden. Man darf gespannt sein, für welche späteren Bauten die Forschung und Entwicklung der Kuppel die Grundlage bildet, stellt sie doch einen großen Schritt zu einem möglichen Einsatz dieser Technologie im konstruktiven Glasbau dar. Derzeit ist zwar keine weitere Schale größerer Spannweite oder ähnlicher Konstruktion am Institut geplant, doch abwarten – ist aus Frei Ottos Experimentalbau und wissenschaftlichen Forschungen doch auch Überraschendes in spektakulärer Größe entstanden. ~cf
Entwurf: Lucio Blandini, Werner Sobek Aufbau: Lucio Blandini, Bircan Avci, Bartolomiej Halaczek, Roberta Wagner Werkstatt: F. Lausberger, ILEK ZL, Universität Stuttgart Hauptsponsoren: Isoclima (Glas), 3M (Klebstoffe), Pfeiffer (Druckstäbe), Müller-Altvatter (Massivbau)