Kaiserslautern Mit Simulationen gegen Wärmeverlust

Am ITWM werden Probleme gelöst. Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) hat dabei nicht nur große Firmen im Blick, sondern auch kleine und mittelständische Unternehmen. So wie die Firma Biffar aus der Vorderpfalz, die einbruchshemmende Türen aus Aluminium herstellt. Das Problem: Die Türen ließen zu viel Wärme nach außen. Matthias Kabel hat mit seinen Kollegen eine Lösung gefunden, die vom rheinland-pfälzischen Wirtschaftsministerium ausgezeichnet wurde.

Die Türen, mit denen Matthias Kabel und seine Kollegen Inga Shklyar und Heiko Andrä gearbeitet haben, sind aus Aluminium. Während das Material für eine moderne Optik der Haustüren sorge, habe es einen Nachteil, wie Kabel erläutert: Es leitet sehr gut Wärme. So sei die Tür zwar einbruchshemmend und dicht, wärmetechnisch jedoch nicht optimal gewesen. Eine Förderung durch die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KFW) sei daher nicht möglich gewesen. Das sollte geändert werden, berichtet der Forscher. Das galt jedoch nicht für den Werkstoff, das Aluminium sollte beibehalten werden. Also nahmen sich die drei Wissenschaftler das Innenleben der Tür vor. Wie sieht der Türrahmen im Querschnitt aus, wie lässt er sich verbessern, um die DIN-Norm zu erfüllen? Eine Idee war, die Hohlräume im Tür-Innern mit Dämmmaterial auszustatten, wie Kabel berichtet. Die Kunst dabei sei es, ein Material zu finden, das die richtigen Eigenschaften besitze und vom Preis her so angelegt sei, dass sich die Tür hinterher noch verkaufen lasse, skizziert Kabel. Also ging es ans Testen. Zuerst sahen sich die Forscher das Temperaturfeld der Tür an und bestimmten, an welcher Stelle die meiste Wärme verloren ging. Mit einer handelsüblichen Software simulierten die Forscher danach immer neue Modelle, veränderten den Querschnitt der Tür, veränderten das Dämmmaterial und errechneten das Wärmeverhalten des Türmodells. In der Software-basierten Simulation liege dabei ein großer Vorteil, sagt Kabel und erklärt: Sämtliche Türmodelle als Prototypen zu bauen, sei extrem teuer. Sobald die Software jedoch richtig eingestellt sei, lassen sich Änderungen am Modell beliebig oft vornehmen und das Wärmeverhalten simulieren. Die Abstimmung mit den Technikern von Biffar sei dabei sehr eng gewesen. So entwarfen die Techniker dort immer neue Geometrien, die die Forscher in Kaiserslautern am Computer auf Schwachstellen hin testeten. Das geschah so lang, bis das Ergebnis stimmte. Von dieser Tür, bei der sich Querschnitt und Füllung verändert hatten, wurde dann ein realer Prototyp hergestellt, wie Kabel schildert. „Die Tür hat sich optisch kaum verändert, isoliert jetzt aber viermal so gut wie vorher und ist förderungswürdig“, berichtet der Forscher vom Ergebnis. „Das war eine klassische Ingenieursdienstleistung“, beschreibt Kabel seine Arbeit. Gerade kleine und mittelständische Betriebe könnten sich keine eigene Forschungsabteilung leisten. Diesen Part könne stattdessen das ITWM übernehmen. Die Forschungsarbeit bleibe nicht auf diese eine Tür beschränkt – mit der erarbeiteten Computersimulation lasse sich jedes neue Modell einfach und schnell berechnen. „Jetzt wissen wir, wie es geht“, sagt Kabel. Die Technik lasse sich übrigens auch auf Fenster übertragen. Denn die Isolierung der Dreifachverglasung sei in der Regel sehr gut, die Schwachstelle bei Fenstern sei immer der Rahmen.