Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWMIm Projekt ThermAl wurden innovative Prüfmethoden und Lebensdauermodelle für Aluminiumkomponenten in Wärmetauschern entwickelt. Ziel ist es, die Lebensdauer unter realistischen thermomechanischen Belastungen verlässlich vorherzusagen und dadurch Ausfälle zu vermeiden.
Auswirkungen von thermisch induzierten Dehnungen auf die Lebensdauer hochbelasteter Aluminiumkomponenten bei Wärmetauschern
Abgeschlossenes Forschungsprojekt
Projektbeschreibung
Marktbedarf und Herausforderungen
Die steigenden Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Wärmetauschern erfordern belastbare Methoden zur Bewertung thermomechanischer Ermüdung. Insbesondere KMU stehen vor der Herausforderung, Bauteilausfälle unter realistischen Einsatzbedingungen zu vermeiden und gleichzeitig Entwicklungszeiten sowie -kosten zu senken.
Lösungsansatz des Projekts
Im Projekt ThermAl wurden neuartige Prüfstände und experimentelle Methoden entwickelt, um das Werkstoffverhalten von Aluminiumkomponenten unter praxisnahen thermomechanischen Belastungen zu analysieren. Ergänzend wurden Lebensdauermodelle und Simulationswerkzeuge bereitgestellt, die eine exakte Prognose der Bauteillebensdauer ermöglichen.
Beitrag zur Bewältigung der Herausforderungen
Die Projektergebnisse ermöglichen es Industrieunternehmen, gezielt Schwachstellen zu identifizieren und Lebensdauerreserven auszuschöpfen. Die erarbeiteten Modelle und Prüfverfahren schaffen die Grundlage für verbesserte Produktentwicklung, reduzieren Testaufwände und helfen, Entwicklungsrisiken frühzeitig zu minimieren.
Die Arbeitspakete des Fraunhofer IWM:
Fraunhofer IWM hat das Werkstoffverhalten unter isothermer und zyklischer thermischer Beanspruchung charakterisiert, Prüfstände entwickelt, lokale Mikrostrukturen analysiert, Materialmodelle für Simulationen erstellt und kalibriert sowie ein umfassendes Lebensdauermodell für Aluminiumkomponenten entwickelt. Abschließend erfolgte die Validierung der Modelle und die Bereitstellung einer strukturierten Datenbank für Industriepartner.
Auf der Grundlage der Projektergebnisse kann das Fraunhofer IWM Industrieunternehmen folgende Forschungs- und Entwicklungsleistungen anbieten:
Entwicklung und Kalibrierung von Lebensdauermodellen, mit denen Unternehmen die Zuverlässigkeit ihrer Komponenten unter realen thermomechanischen Belastungen präzise prognostizieren können.
Die Durchführung bauteilnaher Prüfungen mit innovativen Prüfständen für eine schnelle und kosteneffiziente Bewertung neuer Werkstoffe oder Fertigungsprozesse.
Die Anpassung und Anwendung von Materialmodellen für FEM-Simulationen, um das Verhalten von Bauteilen unter komplexen Lastkollektiven exakt vorherzusagen.
Schadensanalysen und fraktographische Untersuchungen, um Versagensursachen gezielt zu identifizieren und Optimierungspotenziale zu erschließen.
