Simulation der Betriebsfestigkeit von Kolben mittels FEM

Zusammenfassung

Die heutigen Anforderungen an moderne Verbrennungsmotoren sind nur mit hoch effizienten Brenn- und Aufladeverfahren realisierbar. Hinsichtlich spezifischer Leistung und Spitzendruck im Brennraum erreichen moderne Motoren inzwischen Werte, die in der Vergangenheit nur im Rennsport bekannt waren. Besonderen Belastungen sind hierbei die Kolben ausgesetzt, wobei jedoch die hohen Anforderungen an die Dauerhaltbarkeit und Kosteneffizienz des Bauteils unverändert bleiben. Sie sind im aktuellen globalen Wettbewerbsumfeld die entscheidenden Größen.

Eine Voraussetzung im Vorfeld aufwendiger motorischer Versuche ist die Simulation insbesondere der Betriebsbelastung und der Nachweis der Betriebsfestigkeit des Kolbens. Wichtig hierbei sind präzise, physikalisch fundierte Ansätze und die Anwendung effizienter Rechenverfahren. Im industriellen Umfeld hat sich hierfür die Methode der Finiten Elemente (FEM) als ein Standardverfahren etabliert. Die spezielle Anwendung dieses Verfahrens auf die Motorenkomponente Kolben wird im Folgenden beschrieben.