Kontaktwärmeübertragung
Die Kontaktwärmeübertragung beschäftigt sich mit der Wärmeleitfähigkeit in der Berührungszone zweier Festkörper. Technische Oberflächen weisen immer eine gewisse Rauigkeit auf, was zur Folge hat, dass sich die Bauteile in Wahrheit nicht flächig, sondern nur an wenigen Punkten, meist den Rauigkeitsspitzen, berühren. An diesen Kontaktstellen kommt es somit tatsächlich zur Wärmeleitung zwischen den beiden Körpern. In den Zwischenbereichen leistet zudem die Wärmestrahlung einen Beitrag zum Energietransport. Befindet sich die Kontaktstelle nicht im Vakuum, liefert auch die Konvektion und Wärmeleitung durch das Fluid einen entsprechenden Anteil am Energietransport.
Die Kontaktwärmeübertragung hängt somit von vielen Faktoren ab, wobei die Wärmeleitung in den Berührstellen wesentlich ist. Die Haupteinflussgrössen darauf sind die Wärmeleitfähigkeit der Kontaktpartner, deren Härte, die Rauigkeiten und der Anpressdruck. Die Leitfähigkeit wird umso höher, je weicher und damit anschmiegsamer und je glatter die Oberflächen sind und je höher die Kontaktpressung ist.
Rechenzeit / Modellgrösse
Voraussetzung für die realitätsnahe Abbildung der Kontaktwärmeübertragung ist eine gute Kenntnis der verschiedenen Einflussgrössen und deren Auswirkung auf die Kontaktleitfähigkeit, insbesondere des Kontaktdruckes. Sind diese Gesetzmässigkeiten bekannt, kann der Kontaktleitwert in die Kontaktdefinition integriert werden.
Die beste Annahme für den Kontaktleitwert ergibt sich mit Hilfe einer gekoppelten Struktur- und Temperatursimulation. Auf diese Weise kann sowohl die lokale Verteilung der Flächenpressung als auch deren zeitliche Veränderung berücksichtigt werden. Ist dies nicht nötig oder möglich, kann der mittlere Kontaktdruck herangezogen werden. In diesem Fall ist der Einfluss auf die Rechenzeit gering. Ansonsten ist der Aufwand für eine gekoppelte Simulation entsprechend erhöht.
Bedeutung
Für eine realitätsnahe Temperaturfeldberechnung, insbesondere bei grossen Baugruppen mit vielen Kontaktstellen, ist eine gute Beschreibung der Kontaktwärmeübertragung wesentlich.
