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Thermal Contact Conductance

Autor: Madhusudana, Chakravarti V.

Ich bin Inhaber eines Ingenieurbüros für Thermodynamik, Strömungsmechanik und chemische Reaktionstechnik. Die Frage, wie der thermische Kontakt resp. Widerstand zwischen zwei Bauteilen ist, beschäftigt uns jeden Tag. Im einfachsten Fall ist das die klassische „Wärmebrücke“ in einem Bauteil oder System – sei es ein Gebäude oder eine elektronische Platine, auf der etwas aufgeschraubt ist – in vielen Fällen ist es jedoch eine komplexe Anordnung von mechanischen Bauteilen, die verpresst, verschraubt oder sonst in thermischem Kontakt sind.

Leider ist das Thema, wie dieser Widerstand zu berechnen oder auch nur abzuschätzen ist, das Stiefkind fast aller Bücher über Wärmeübertragung. Insofern hatte ich große Hoffnungen, dass dieses Buch die Lücke schließen kann. Leider ist das nur zum Teil gegeben.

Das Buch behandelt den Wärmetransport zwischen zwei beispielsweise verpressten Bauteilen, wie sie in der Mechanik oft vorkommen. Im einfachsten Fall könnte dies eine Schraube-Mutter-Verbindung sein, aber auch zwei allgemeine, verschraubte Bauteile. Der Autor erklärt anhand einfacher Beispiele, wie die grundsätzlichen Zusammenhänge sind und führt einige Beispiele, die z.B. auf Carslaw und Jaeger zurückgehen an. Er zeigt schon an diesen einfachen Beispielen, wie komplex das Thema ist. Dann führt er die Theorie ein, wie mit Hilfe der Schätzung von Anzahl und Größe von Kontaktpunkten (die wiederum etwas mit der Oberflächenrauheit zu tun haben) ein Kontaktmodell erarbeitet werden kann. Ebenso erklärt er die Mechanik der Deformation, die in Abhängigkeit der Materialeigenschaften und des Anpressdrucks zu mehr resp. größeren Kontaktflächen führt. Über die erforderliche Messtechnik geht er dann auf spezielle Konfigurationen und Beispiele ein und erklärt, wie mit Hilfe von Oberflächenbeschichtungen der Kontaktwiderstand verändert werden kann. Ein wichtiges Beispiel, das er anführt, sind berippte Wärmetauscher: sind die Rippen „nur“ aufgepresst oder anders mechanisch gefügt, liegt ein Wärmeübergangswiderstand vor.

Alles in allem ist „Thermal Contact Conductance“ ein Buch, das ein wichtiges Thema behandelt. Leider ist der Umfang sehr gering, und eine allgemeine Theorie mit einigen meinetwegen empirischen Formeln konnte ich nicht finden. Statt dessen wirkt das Buch auf mich wie eine Sammlung von verschiedenen Arbeiten und Beispielen. Diese wirken auf mich teilweise auch sehr willkürlich und umfassen auf keinen Fall die in der Technik wichtigsten Szenarien. Auch bei den Grafiken hat der Autor sicher noch ein Lernfeld: trotz mehr als 10 Jahren Erfahrung auf diesem Gebiet und hunderten Büchern über das Thema ist mir bei vielen Abbildungen immer noch vollkommen unklar, was dargestellt sein soll. Irgendwann musste ich aufgeben verstehen zu wollen, wo oben und unten sein soll…

Die Zukunft wird zeigen, ob dieses Buch in unserem Arbeitsalltag mit Kundenprojekten mal nützlich sein wird – aktuell habe ich Zweifel.

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