Wärmeeintrag in Werkstücken simulieren

TIME bietet Temperatur-Messung und -Simulation für KMU an

Mit dem Einsatz der Finite-Elemente-Methode (FEM) lässt sich das jeweilige Temperaturfeld berechnen und in der Praxis mit Methoden zur Temperaturmessung validieren.

Mit dem berechneten Temperaturfeld eines Schweißvorgangs lässt sich erkennen, wie sich die lediglich im Schweißbereich eingebrachte Wärme im gesamten Werkstück verteilt. Foto: TIME

In technischen Anwendungsfällen ist es oft notwendig zu wissen, welchen Temperaturen ein Werkstoff oder Bauteil während der Produktion oder im Betrieb ausgesetzt ist, um beurteilen zu können, welche Auswirkungen dies auf Qualität und Zuverlässigkeit hat. Für kleine und mittelständische Betriebe (KMU) bietet das Technologie-Institut für Metall & Engineering (TIME) in Wissen Dienstleistungen zur Messung von diskreten Temperaturverläufen sowie zur Ermittlung von Temperaturfeldern mittels FEM-Simulation an. So lässt sich der Wärmeeintrag für weitere Prozessschritte analysieren, um damit z.B. schon vor weiteren Verarbeitungsschritten von Bauteilen mögliche Oberflächen-Temperaturen mittels Messung, bzw. gesamte Temperaturverteilungen mittels Simulation zu ermitteln.

Bei Schweißprozessen ist ein entstehendes Temperaturfeld durch die Wärmeeinbringung für Verzug und Eigenspannungen in den verbundenen Bauteilen verantwortlich. Mit dem Einsatz der Finite-Elemente-Methode (FEM) lässt sich das jeweilige Temperaturfeld berechnen und in der Praxis mit Methoden zur Temperaturmessung validieren. Diese Temperaturfeld-Berechnung kann die Voraussetzung zur weitergehenden Berechnung von Verzug und Spannungen sein.

TIME bietet KMUs sowohl die Messung diskreter Temperaturverläufe an, als auch die Berechnung mittels FEM. Für die Simulation können alle Formen der Wärmeübertragung, also Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung als Randbedingungen berücksichtigt werden. Ebenfalls möglich ist die Berechnung von Temperaturfeldern, die bedingt durch den elektrischen Widerstand bei Stromzufuhr entstehen. Dazu verwendet TIME gekoppelte thermisch-elektrische Simulation.

Der praktische Abgleich der gewonnen Daten erfolgt in Form von Temperaturmessungen mit Temperaturmessfühlern und Temperatur-Messstiften oder auch über die Beurteilung von Anlauffarben. Mit speziellem Messwerkzeug können beim Widerstandsschweißen außerdem der Strom- und Spannungsverlauf über der Zeit aufgenommen und als Eingabeparameter für die folgenden Simulationen genutzt werden.

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