Hier finden Sie eine Zusammenstellung der Informationen zu unserer Forschung im Bereich Leichtbau und Sandwichelemente.

Was beschreibt Leichtbau und Sandwichelemente?

Im Bauwesen, insbesondere im Industriebau, haben sich Sandwichelemente als wirtschaftliche Lösung für raumabschließende Dach- und Wandbauteile etabliert. Solche Sandwichkonstruktionen besitzen zwei dünne Deckschichten, welche durch eine dicke Kernschicht mit geringer Dichte schubsteif verbunden werden. Für die Deckschichten wird im Bauwesen in der Regel Stahlblech eingesetzt. In Deutschland übliche Kernwerkstoffe sind vor allem Polyurethan-Hartschäume (PUR/PIR) und Mineralwolle. Das Zusammenspiel beider Komponenten als Verbundwerkstoff ermöglicht hohe Tragfähigkeiten bei geringem Eigengewicht und gute bauphysikalische Eigenschaften. Sandwichelemente übernehmen in der Gebäudehülle sowohl tragende, abdichtende als auch dämmende Funktionen.

Sandwichelementforschung am Fachgebiet

Die Forschungsarbeit am Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik hat seit der Berufung von Prof. Jungbluth im Jahre 1972 wesentlichen Anteil an dem Aufstieg dieser jungen Bauweise. Diese Tradition wird am Fachgebiet Stahlbau unter der Leitung von Prof. Lange bis heute weitergeführt. In aktuellen Projekten wird neben noch nicht vollständig beschriebenen mechanischen Phänomenen im Sandwichbau auch an der Erschließung neuer Märkte durch innovative Formgebung sowie dem Einsatz nachhaltiger Kernwerkstoffe geforscht.

  • WAAM und Sandwichtechnik: Herstellung gekrümmter Sandwichelemente, ausgesteift mit dem Wire Arc Additive Manufacturing

    21.02.2024

    Sandwichelemente gewinnen innerhalb der Baubranche seit Jahrzenten immer mehr an Bedeutung. Grund dafür ist deren geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und guten bauphysikalischen Eigenschaften. Forschungsergebnisse an der TU Darmstadt haben gezeigt, dass gekrümmte Sandwichelemente in Flächentragwerken großes Potenzial aufweisen.

    Zudem zeigen erste Experimente in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

    Ziel dieser Bachelor-Thesis ist es die beiden Forschungsfelder erstmals miteinander zu verbinden. Es soll eine Schalung entworfen und gebaut werden, um mittels WAAM ausgesteifte Feinbleche zu gekrümmten Sandwichelementen ausschäumen zu können. Durch Vorversuche und Beschäftigung mit dem Polyurethanschaum soll die Schalung optimiert werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Philipp Grebner, M.Sc.

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  • Analyse des Produktionsprozesses von Sandwichelementen im Hinblick auf mögliche Fehlstellen

    01.11.2023

    Beider Produktion von Sandwichelementen können unterschiedliche Arten von Fehlstellen entstehen (z.B. Lunker). Diese sind auf der Außenseite der fertigen nicht sichtbar, können doch die Tragfähigkeit der Elemente negativ beeinflussen. Im Rahmen dieser Bachelorthesis soll der Produktionsprozess und dessen Prozessparameter im Hinnblick auf mögliche Fehlstellen analysiert werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Annalena Kühn, M.Sc.

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  • Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss von Fehlstellen auf die Tragfähigkeit von Sandwichelementen

    22.06.2023

    Bei der Produktion von Sandwichelementen mit PIR-Kern können unterschiedliche Arten von Fehlstellen entstehen (z.B. Lunker und lokale Delaminationen). Die Fehlstellen im Deckblech-Kernwerkstoff-Verbund sind auf der Außenseite der fertigen Elemente nicht sichtbar, können jedoch die Tragfähigkeit der Elemente negativ beeinflussen. Im Rahmen der Bachelorthesis sollen die Auswirkungen der Fehlstellen auf die Tragfähigkeit bzw. das Tragverhalten experimentell untersucht werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Annalena Kühn, M.Sc.

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  • Berechnung von Verformungen und Spannungen infolge Temperatureinwirkungen

    03.01.2023

    Sandwichelemente werden unter anderem als Fassadenelemente im Hallenbau eingesetzt. Hier sind sie den Wettergegebenheiten direkt ausgesetzt. Durch die Sonneneinstrahlung entstehen Verformungen.
    Im Rahmen dieser Bachelor-Thesis sollen die Verformungen und Spannungen infolge Temperatureinwirkungen erfasst werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Sonja Steineck, M.Sc.

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  • Bestimmung der Dichteverteilung von Sandwichwürfeln über die Dicke

    03.01.2023

    Sandwichelemente werden unter anderem als Fassadenelemente im Hallenbau eingesetzt. Die Herstellung erfolgt in einer Doppelbandanlage. Durch diesen Herstellungsprozess entsteht ein inhomogener Kern.
    Im Rahmen dieser Bachelor-Thesis soll die Dichteverteilung in Sandwichwürfeln erfasst und analysiert werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Sonja Steineck, M.Sc.

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  • Erfassung von Temperaturmerkmalen in Sandwichelementen

    02.01.2023

    Sandwichelemente sind durch ihren Einsatz als Dach- und Fassadenelementen der Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Dadurch entwickeln sich auf den Deckschichten hohe Temperaturen.
    Im Rahmen dieser Bachelor-Thesis soll der Temperaturmerkmale in und auf Sandwichbauteilen erfasst und analysiert werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Sonja Steineck, M.Sc.

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  • WAAM und Sandwichtechnik: Untersuchung der Tragfähigkeit von mittels WAAM ausgesteifen gekrümmten Sandwichelementen

    25.01.2024

    Sandwichelemente gewinnen innerhalb der Baubranche seit Jahrzenten immer mehr an Bedeutung. Grund dafür ist deren geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und guten bauphysikalischen Eigenschaften. Forschungsergebnisse an der TU Darmstadt haben gezeigt, dass gekrümmte Sandwichelemente in Flächentragwerken großes Potenzial aufweisen.

    Zudem zeigen erste Experimente in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

    Ziel dieser Master-Thesis ist es die beiden Forschungsfelder erstmals miteinander zu verbinden. Es sollen mittels WAAM ausgesteifte Feinbleche zu gekrümmten Sandwichelementen ausgeschäumt werden und auf ihre Tragfähigkeit untersucht werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Philipp Grebner, M.Sc.

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  • Beitrag zur Berechnung von Sandwichelementen mittels der Sandwichplattentheorie

    Contribution to the calculation of sandwich panels using the sandwich plate theory

    15.01.2024

    Im Rahmen der Master-Thesis soll die Plattentragwirkung von Sandwichelementen für ausgewählte Belastungs- und Lagerungssituationen analysiert werden. Basierend auf einer Literaturrecherche und Erkenntnissen aus vorangegangenen Untersuchungen sollen Formeln zur Spannungs- bzw. Verformungsanalyse für eine Sandwichplatte (siehe Bild) erarbeitet, hergeleitet und in MATLAB oder einer vergleichbaren Software implementiert werden. Anschließend sollen aussagekräftige Beispielberechnungen hinsichtlich der Plattentragwirkung von Sandwichelementen durchgeführt werden. Als Referenz sollen die Sandwichbalkentheorie bzw. ein numerisches Modell dienen.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Eric Man Pradhan, M.Sc.

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  • Untersuchungen an Sandwichwandelementen unter Punktlasten

    Studies on sandwich wall panels under point loads

    15.01.2024

    Im Leichtbau werden Sandwichelemente gemäß dem Stand der Technik weitestgehend mithilfe von Flächen- und Linienlasten berechnet, die über die gesamte Bauteilbreite wirken. Das Tragverhalten von Sandwichelementen unter Punktlasten (siehe Bild), was in der Praxis einen immer häufig auftretenden Anwendungsfall darstellt, beispielsweise bei zusätzlich vorgehängten Fassaden- oder Photovoltaikmodulen, wird dagegen bislang hauptsächlich durch experimentelle Prüfungen beurteilt.

    Im Rahmen der Master-Thesis soll das Tragverhalten von Sandwichwandelementen unter Punktlasten vertieft untersucht werden. Dabei soll eine Parameterstudie mithilfe eines durch Versuchsergebnisse validierten FE-Modells durchgeführt werden, um die wesentlichen Einflussfaktoren der resultierenden Spannungs- und Verformungsgrößen abhängig von unterschiedlichen zentrischen und exzentrischen Laststellungen zu ermitteln.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Eric Man Pradhan, M.Sc.

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  • WAAM und Sandwichtechnik: Untersuchung zum Einfluss von Rippenaussteifungen auf Sandwichelemente mittels Finiter-Elemente-Methode

    17.10.2023

    Sandwichelemente gewinnen innerhalb der Baubranche seit Jahrzenten immer mehr an Bedeutung. Grund dafür ist deren geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und guten bauphysikalischen Eigenschaften. Forschungsergebnisse an der TU Darmstadt haben gezeigt, dass gekrümmte Sandwichelemente in Flächentragwerken großes Potenzial aufweisen.

    Zudem zeigen erste Experimente in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

    Ziel dieser Master-Thesis ist es mittels Finiter-Elemente-Methode den Einfluss von einachsigen Rippenaufschweißungen auf die Tragfähigkeit von Sandwichelementen zu untersuchen.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Philipp Grebner, M.Sc.

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  • Versuche zum Verformungsverhalten der Überdecknase in Sandwichelementen mit verdeckter Befestigung

    10.08.2023

    Sandwichelemente mit verdeckter Befestigung werden häufig bei erhöhten Anforderungen an das Erscheinungsbild der Fassade eingesetzt. Bei diesen Elementen ist die Verschraubung aufgrund einer speziellen Fugenausbildung (Nut und Feder) nicht sichtbar. In dieser Master-Thesis soll das Verformungsverhalten der Überdecknase unter hohen Deckblechtemperaturen experimentell untersucht werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Annalena Kühn, M.Sc.

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  • Untersuchungen zu verschiedenen Versagensfällen von Sandwichelementen

    17.04.2023

    Sandwichelemente können auf unterschiedliche Arten versagen und dadurch ihre Traglast erreichen. Ziel dieser Arbeit ist die Ausarbeitung verschiedener Versagensfälle von Sandwichelementen sowie eine mögliche Kombination dieser Versagensmodi. Die Arbeit kann nach Absprache sowohl nummerisch, analytisch oder experimentell ausgerichtet sein.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Sonja Steineck, M.Sc.

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  • Numerische Untersuchungen zum Einfluss von Fehlstellen auf die Tragfähigkeit von Sandwichelementen

    31.01.2023

    Bei der Produktion von Sandwichelementen mit PU-Kern können unterschiedliche Arten von Fehlstellen entstehen (z.B. Lunker und lokale Delaminationen). Die Fehlstellen im Deckblech-Kernwerkstoff-Verbund sind auf der Außenseite der fertigen Elemente nicht sichtbar, können jedoch die Tragfähigkeit der Elemente negativ beeinflussen. Im Rahmen der Masterthesis sollen die Auswirkungen der Fehlstellen auf die Tragfähigkeit numerisch untersucht werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Annalena Kühn, M.Sc.

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  • Einfluss eines inhomogenen Kerns auf die Tragfähigkeit von Sandwichelementen

    02.01.2023

    Sandwichelemente besitzen durch ihre Produktion und eine einseitige Sonneneinstrahlung einen inhomogenen Kern. Die aktuellen Bemessungen sind für homogene Kernmaterialien ausgelegt.
    Ziel dieser Arbeit ist es den Einfluss eines inhomogenen Kerns und verschiedener Materialparamter auf das Tragverhalten von Sandwichelementen zu erfassen.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Sonja Steineck, M.Sc.

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  • Experimentelle Untersuchungen exzentrisch belasteter Sandwichelemente

    Experimental studies of eccentrically loaded sandwich elements

    02.07.2021

    Eine neu entwickelte Anwendung im Leichtbau ist das Sandwichelement mit einer zusätzlichen, vorgehängten Fassade. Hierbei wird eine architektonisch frei gestaltbare Fassade exzentrisch an der Außenseite eines Sandwichwandelements befestigt.

    Im Rahmen der Master-Thesis soll der bestehender Versuchsaufbau von exzentrisch beanspruchten Sandwichelemente optimiert werden. Hierfür sollen bevorstehende Versuche begleitet und ein numerisches Vergleichsmodell erstellt werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Eric Man Pradhan, M.Sc.

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  • Numerische Untersuchungen exzentrisch belasteter Sandwichelemente

    Numerical analysis of eccentrically loaded sandwich panels

    18.06.2021

    Das Sandwichelement mit einer vorgehängten Fassade stellt eine neue Anwendung für den Sandwichbau dar. Hierbei wird eine architektonisch frei gestaltbare Fassade exzentrisch an der Außenseite eines Sandwichwandelements befestigt. Bislang beruhen Berechnungen von exzentrisch belasteten Sandwichelemente auf der St. Venant’schen Torsionstheorie. Jedoch zeigten vorangegangene Untersuchungen, dass diese Vereinfachung nicht zwingend zutrifft.

    Im Rahmen der Master-Thesis sollen exzentrisch belastete Sandwichelemente nun als Flächentragwerk numerisch untersucht werden.

    Betreuer/innen: Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Eric Man Pradhan, M.Sc.

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