Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Türhersteller profitiert von Simulationstools

01.12.2015

Einbruchshemmende Türen wärmedämmend zu bauen, ist für Hersteller eine Herausforderung. Ihre komplexe Konstruktion bietet Schlupflöcher für Luftströme. Mit wissenschaftlichen Simulationsmethoden planten Fraunhofer-Forscher eine wärmedämmende Konstruktion am Computer – ohne teuren Prototypenbau.

Kleine und mittelständische Unternehmen haben üblicherweise keine eigene Forschungsabteilung. Doch das Know-how von Wissenschaftlern kann auch dort schnellen Mehrwert schaffen. Das zeigt das Beispiel eines Herstellers von einbruchhemmenden Haustüren aus Rheinland-Pfalz:


Mit Hilfe wissenschaftlicher Simulationsmethoden lokalisierten Fraunhofer-Forscher exakt die Stellen, an denen die Wärme über den Aluminiumrahmen entweicht.

© Fraunhofer ITWM

Simulationsmethoden und Softwaretools des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern haben dabei geholfen, dessen einbruchhemmende Türen so zu konstruieren, dass sie nun über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) förderwürdig sind.

Die neue Rahmenkonstruktion gibt der gesamten Tür einen Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) von 0,49 W/qmK. Ihre einbruchhemmenden Eigenschaften blieben dabei erhalten.

»Das ist ein sehr niedriger Wert für einbruchhemmende Türen mit ihrer komplexen Konstruktion«, so Dr. Matthias Kabel aus der Abteilung Strömungs- und Materialsimulation des ITWM.

»Zuvor hatten die Rahmenkonstruktionen einen Wert von 2,84 W/qmK. Jetzt liegt der U-Wert der Modelle aus dem Firmenkatalog unter 1,3 W/qmK. Alle Türen sind damit förderwürdig«, sagt Dr. Kabel. Der U-Wert ist ein Maß für den Wärmedurchgang eines Gases durch einen festen Körper. Er wird in Watt pro Quadratmeter und Kelvin angegeben (W/qmK).

»Wir haben durch das Projekt nachgewiesen, dass wir mit unseren komplexen Simulationsmethoden und Softwaretools auch Alltagsgegenstände optimieren können – mit direktem Mehrwert für den Auftraggeber«, so Dr. Kabel.

Kein teurer Prototypenbau notwendig

Das Unternehmen stellt einbruchhemmende Türen und Türrahmen aus Aluminium her. Das Problem: Aluminium leitet Wärme besonders gut weiter. Kälte dringt ins Haus ein und Innenwärme entweicht nach außen.

»Kein optimaler Zustand für die Energieeffizienz des Hauses«, sagt Dr. Kabel. Die ITWM-Forscher verglichen und prüften die Konstruktionsvorschläge, indem sie alle wesentlichen funktionalen Eigenschaften mittels präziser numerischer Berechnungsverfahren vorhersagten. »Mit Hilfe der Computersimulationen konnten wir eine große Anzahl möglicher Varianten betrachten und die einzelnen Materialien im Bereich des Türblatts und des Rahmenprofils millimetergenau auslegen«, so Dr. Kabel.

Der Hersteller musste für die einzelnen Varianten keine eigenen Prototypen bauen. Dadurch sparte er Zeit und Kosten. »Wir konnten mit unseren Tools schnell Informationen zur Türkonstruktion und zum Wärmeübergang mit den Vorgaben der DIN-Norm für Wärmedämmung bei Fenstern, Türen und Abschlüssen abgleichen. Daraus ließen sich dann Vorschläge für optimale Konstruktionspläne der verschiedenen Türmodelle des Unternehmens erstellen«, sagt Dr. Kabel.

Im ersten Schritt zeigten die Wissenschaftler, dass sie die realen Messwerte des Wärmeübergangs am Computer exakt simulieren können. »Das hat Vertrauen beim Kunden geschaffen. Das Unternehmen hat keine eigene Forschungsabteilung und arbeitete bei der Produktentwicklung intensiv mit uns zusammen«, so Dr. Kabel.

»Ohne die Simulation hatte der Hersteller nur den Mittelwert des Wärmeverlusts des Rahmens vorliegen. Mit Hilfe der computergestützten Darstellung ließ sich nun aber genau ermitteln, welches Teil des Rahmens für welchen Teil des Wärmeverlusts verantwortlich war. Wir machten konkrete Vorschläge, wie sich das Design des Rahmens wärmetechnisch optimieren ließ.«

Die Forscher passten ihre Simulationssoftware an die Anforderungen der Türproblematik an: Dazu gehörte beispielsweise, die richtigen Materialparameter auszuwählen, die physikalischen Effekte des Wärmetransports in Türen digital realitätsgetreu darzustellen sowie die entsprechende DIN-Norm in der Simulationssoftware zu berücksichtigen.

Die Wärmedämmung von Häusern ist ein zentraler Bestandteil der Energiewende und wird in Deutschland gefördert. Die Bundesregierung will den Energieverbrauch in Wohngebäuden bis 2050 stark senken. Über die KfW fördert sie auch den Einbau wärmegedämmter Innen- und Außentüren. Allerdings nur dann, wenn diese einen U-Wert von unter 1,3 W/qmK vorweisen können.

Weitere Informationen:

http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2015/Dezember/tuerherstel...

Ilka Blauth | Fraunhofer Forschung Kompakt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Stadtplanung im Klimawandel: HafenCity Universität Hamburg entwickelt Empfehlungen
24.03.2017 | HafenCity Universität Hamburg

nachricht Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen
23.03.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise