Wärmeeinwirkungen

Wärmeeinwirkungen bezeichnet den Einfluss von Wärme auf Stoffe, Bauteile und Systeme. Sie ergeben sich aus dem Zuführen oder Abführen von Wärme, aus Temperaturunterschieden innerhalb eines Objekts sowie aus externen Umgebungsbedingungen. In der Praxis unterscheidet man statische Wärmeeinwirkungen, die über längere Zeit konstant bleiben, und thermo-mechanische Belastungen durch zeitlich schwankende Temperaturen (Thermische Zyklen).

Die Hauptmechanismen der Wärmetransport sind Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung. Die Art der Übertragung hängt von Materialeigenschaften, Geometrie, Umgebung und dem zeitlichen Verlauf der Temperatur ab. Temperaturgradienten führen zu inneren Spannungen, insbesondere wenn Bauteile unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen.

Durch Wärmeeinwirkung ändern sich Dimensionen (Wärmedehnung), mechanische Eigenschaften und im Extremfall der Phasenzustand (Schmelzen, Phasenübergänge). Wiederholte Temperaturwechsel können Risse, Verformungen oder Ermüdung verursachen. Hohe Temperaturen fördern Diffusion, Oxidation und andere chemische Veränderungen, während langfristige Belastungen zu Relaxation oder Kriechen führen können.

Zur Berücksichtigung von Wärmeeinwirkungen dienen analytische und numerische Verfahren, z. B. Wärmeleitungs- oder thermo-mechanische Analysen sowie Finite-Elemente-Simulationen. Konstruktiv werden Materialien mit passenden Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt, Dämmschichten und Kühlung eingesetzt und Temperaturgrenzen festgelegt. Thermische Lasten werden durch geeignete Bauweisen, eine Begrenzung von Temperaturspitzen und durch kontrollierte Temperaturraten minimiert.

Mess- und Überwachungsverfahren umfassen Thermoelemente, Infrared-Thermografie und kontinuierliche Sensorik. Normen und Richtlinien legen zulässige Temperaturen, Temperaturgradienten und Wechselwirkungen fest.