Hochtemperaturverhalten

Bis vor wenigen Jahren wurden thermisch hoch belastete Abgasanlagen überwiegend mit Hilfe sehr aufwändiger und langwieriger Prüfstandsversuche ausgelegt. In Zusammenarbeit des Fraunhofer IWM und der BMW Group wird ein Verfahren zur rechnerischen Lebensdauervorhersage entwickelt. Ziel ist es, dem Konstrukteur ein »virtuelles Abgaslabor« an die Hand zu geben, das bereits früh erste Aussagen zur Lebensdauer ermöglicht und die Zahl der Bauteilversuche reduziert. Die endgültige Serienfreigabe erfolgt weiterhin auf der Basis von Bauteilversuchen. Als Anwendungsbeispiel wurde der Abgaskrümmer des BMW 3.0 Liter Reihen-Sechszylindermotors, Modelljahr 2000, ausgewählt. Der Abgaskrümmer ist aus dünnwandigem Edelstahlblech ausgeführt.

Er ist im Betrieb starken Temperaturschwankungen und mechanischen Zwängen ausgesetzt. In Folge dieser thermomechanischen Beanspruchungen können sich bei einem ungünstigen Bauteildesign im Betrieb bereits deutlich vor Erreichen der Solllaufzeiten Risse bilden, die einen Austausch notwendig machen. Durch das neue Verfahren ist es gelungen, künftig einen großen Teil der bisher nötigen Bauteilversuche einzusparen, und die Entwicklung neuer Motoren wesentlich zu beschleunigen. Das »virtuelle Abgaslabor« wird zur Zeit bei BMW auf seine Praxistauglichkeit getestet.

Kompetenz  

Schwerpunkte der Simulation von Bauteilen im Abgasstrang sind zur Zeit:

• Modellierung der thermischen Beanspruchung (z.B. Abgaskrümmer)
  
  
• Simulation des Herstellungsprozesses (z.B. Metall- und Keramik- katalysatoren)
  
  
• Dynamische und thermische Modellierung des Verhaltens bei der Herstellung und im Betrieb (Z.B. Lamba- und temperatursonden)