FEA · CFD · NVH · THERMIK · AKUSTIK — ENGINEERING-SIMULATION
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DATENBLATT S-04 · REV A · AKTUALISIERT SEP. 2026

S-04 · THERMIK

Wird es zu heiß? Temperaturen und Reserven, die Sie einem Prüfer vorlegen können.

Stationäre und instationäre thermische Analyse von Elektronik, elektrischen Betriebsmitteln, Gehäusen und Strukturen — jede Wärmequelle auf ein Datenblatt zurückgeführt, jede Randbedingung angegeben und jede Temperatur mit dem maßgebenden Grenzwert verglichen.

ρcₚ ∂T/∂t = ∇·(k∇T) + q̇T_max vs. T_limitReserve [K]
Problemstellung einreichen Beispiel-Berichtsgliederung ↓
[✓] NDA vor dem Datenaustausch[✓] Fester Umfang & Preis[✓] Unabhängige interne Prüfung
ABB. 1 – Wärmeausbreitung von einer Quelle SCHEMA kaltheiß
S-04 · AUF EINEN BLICKSPEZ.
TYPISCHER LEISTUNGSUMFANG
Leistungselektronik, Schaltschränke und Schaltanlagen, Transformatoren, Gehäuse, Kühlkörper, Tragwerke
LIEFERGEGENSTAND
Unterschriebener PDF-Bericht, Temperatur- und Reservetabellen, Feldplots; Temperaturfelder für die FEA auf Anfrage
LIEFERZEIT
Im schriftlichen Leistungsumfang vereinbart
ANALYSEN
Stationär · instationär · CHT mit CFD · thermisch-elektrisch · Wärmespannungen
VERTRAULICHKEIT
NDA unterzeichnet, bevor eine Datei ausgetauscht wird
QUALITÄT
Energiebilanz und Handrechnung in jedem Bericht
Angebot mit festem Umfang anfordern →

01 / WANN SIE ES BRAUCHEN

Fragen, die diese Analyse beantwortet.

Thermische Probleme kosten doppelt: einmal durch gedrosselte oder ausgefallene Bauteile und noch einmal durch überdimensionierte Kühlung, die Sie bei jeder Einheit bezahlen.

Wir beginnen beim maßgebenden Grenzwert – einer Sperrschichttemperatur, einer Isolierstoffklasse, einer Berührungstemperatur – und bauen das Modell um den Wärmepfad, der darüber entscheidet.

Q1Bleibt jedes Bauteil unter seiner Temperaturgrenze?→ Stationäre thermische Analyse + Reserven
Q2Wie lange kann es in Überlast laufen, bevor es überhitzt?→ Instationäre Thermik, Lastzyklen
Q3Ist der Kühlkörper oder Lüfter groß genug — oder zu groß?→ Kühlungsauslegung & Dimensionierung
Q4Warum wird dieses Teil im Feld zu heiß?→ Ursache mit Messdaten
Q5Lassen Temperaturunterschiede die Verbindung reißen?→ Wärmespannung → S-01
Q6Kann man die Oberfläche gefahrlos berühren?→ Prüfung der Berührungstemperatur

02 / LIEFERUMFANG

Was Sie erhalten. Schriftlich, bevor wir beginnen.

Jeder Punkt ist im Leistungsumfangsdokument aufgeführt, das Sie freigeben. Nichts auf dieser Liste ist am Ende eine Überraschung.

PDF

Technischer Bericht

Umfang, Wärmelasten, Annahmen, Modell, Ergebnisse und Schlussfolgerungen. Unterschrieben und revisionsgeführt.

XLSX · PDF

Temperatur- & Reservetabellen

Temperatur und Reserve zum Grenzwert für jede kritische Komponente, je Betriebspunkt.

IM BERICHT

Temperaturfeldplots

Temperaturen und Wärmepfade auf den Oberflächen und Schnitten, die das Ergebnis erklären.

AUF ANFRAGE

Temperaturfelder für die FEA

Übertragene Temperaturfelder für die Thermospannungsanalyse.

ANHANG

Verifikationsanhang

Netzstudie, Energiebilanz, Handrechnung mit Wärmewiderstandsnetz, Sensitivität gegenüber h und Kontaktwiderstand.

IM BERICHT

Konstruktionsempfehlungen

Wo sich die Wärme staut und welche Änderung — Werkstoff, Kontakt, Rippe oder Luftführung — T_max senkt.

2 H ONLINE

Ergebnisbesprechung

Eine Durchsprache mit Ihren Ingenieuren. Fragen werden beantwortet und in der finalen Revision festgehalten.

Überarbeitungsrunde

Neuberechnung bei Konstruktionsänderungen im vereinbarten Umfang, mit Revisionsprotokoll im Bericht.

03 / METHODEN

Die richtige Analyse für die Fragestellung – nicht die teuerste.

Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung werden so weit modelliert, wie sie das Ergebnis verändern – und die Konvektionsseite stammt entweder aus Korrelationen oder aus einem gekoppelten CFD-Modell, was im Bericht angegeben wird.

ABB. 0 – Wärmefront, die sich von einer Quelle ausbreitet (schematisch)
ANALYSEEINSETZEN, WENNWICHTIGSTES ERGEBNISTYPISCHE REFERENZ
Stationäre WärmeleitungDauerbetrieb; Konvektion aus Korrelationen bekanntTemperaturfeld, Wärmeströme, ReservenKorrelationen im Bericht angegeben
Instationäre ThermikAnlauf, Überlast, Lastzyklen, thermische TrägheitTemperaturverlauf, Zeit bis zum Grenzwert, ZeitkonstanteZeitschrittstudie inbegriffen
Konjugierter WärmeübergangKonvektion bestimmt das Ergebnis – Lüfter, Gehäuse, KühlkörperFestkörper- und Fluidtemperaturen, h aus der Strömung→ mit S-02 CFD
Thermisch-elektrisch (Joule)Stromschienen, Kontakte, Leiter, HeizelementeStromdichte, I²R-Verluste, Temperatur
Strahlung & SonneneinstrahlungGehäuse im Freien, HochtemperaturgeräteOberflächentemperaturen inkl. StrahlungsaustauschStandortdaten · Emissionsgrade angegeben
WärmespannungTemperaturunterschiede oder unterschiedliche WärmeausdehnungThermische Dehnungen und Spannungen, Ermüdung durch Temperaturwechsel→ mit S-01 Structural
TestkorrelationThermoelement- oder Wärmebilddaten vorhandenGemessen vs. berechnet, abgeglichenes Modell→ mit Ihren Versuchsdaten
ABB. 2 — Der Wärmepfad – thermische Widerstände in ReiheSCHEMA
q = 20 W R_jc · 0.5 K/W ΔT 10 K R_cs · 0.3 K/W ΔT 6 K R_sa · 1.7 K/W ΔT 34 K T_j 90 °C T_c 80 °C T_s 74 °C T_a 40 °C T_j = T_a + q · (R_jc + R_cs + R_sa) = 40 + 20 · 2.5 = 90 °C Beispielwerte · das FE-/CHT-Modell ersetzt R_sa durch den realen Wärmepfad Jedes Kelvin zwischen Sperrschicht und Luft ist ein Widerstand mal Wärmestrom. Das Modell findet den dominierenden Widerstand – den, bei dem sich Investitionen lohnen. (Beispielwerte.)
ABB. 3 — Instationäre Erwärmung – die Zeitkonstante τSCHEMA
63.2 % bei t = τ 95 % bei 3τ Beharrungszustand T_ss — mit T_max vergleichen τ 3τ 5τ 0 Zeit t → Temperaturerhöhung θ Ein mit konstanter Leistung beheizter Körper erreicht nach einer Zeitkonstante 63 % seiner End-Temperaturerhöhung und nach drei Zeitkonstanten 95 %. Kurze Überlastungen sind nur dann unbedenklich, wenn sie deutlich vorher enden.

04 / ABLAUF & ZEITPLAN

Von der Problembeschreibung zum unterzeichneten Bericht.

Fünf Schritte, jeder mit klarer Übergabe. Sie wissen immer, was wir von Ihnen brauchen und was Sie zurückbekommen.

  1. 012 Tage

    Abstimmungsgespräch

    VON IHNENProblemstellung, Zeichnungen, Grenzwerte
    VON UNSNDA, Fragenliste und fehlende Daten
  2. 022 Tage

    Umfang & Festpreisangebot

    VON IHNENWärmeverluste, Kühldaten, Betriebspunkte
    VON UNSSchriftlicher Leistungsumfang, Annahmen, Abnahmekriterien, Preis
  3. 037 Tage

    Modell & Lösung

    VON IHNENCAD, Werkstoffe, Schnittstellendaten
    VON UNSZwischenabstimmung: Wärmepfade und erste Temperaturen
  4. 042 Tage

    Verifizieren & prüfen

    VON IHNENNichts — interner Schritt
    VON UNSEnergiebilanz, Handrechnung, Sensitivität, Prüfung durch einen zweiten Ingenieur
  5. 052 Tage

    Bericht & Prüfung

    VON IHNENIhre Anmerkungen zum Entwurf
    VON UNSUnterschriebener Bericht, Dateien, Prüfbesprechung

05 / EINGANGSDATEN

Was wir von Ihnen brauchen.

ERFORDERLICH
  • [✓]Geometrie — STEP / IGES / Parasolid oder bemaßte Zeichnungen
  • [✓]Wärmequellen — Verluste je Komponente in den Betriebspunkten
  • [✓]Werkstoffdaten — Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Emissionsgrad; Interface-Materialien
  • [✓]Kühlung — Lüfter, Volumenströme, Kühlkörper, Umgebungs- und Sonnenbedingungen
  • [✓]Temperaturgrenzen und Akzeptanzkriterien
  • [✓]Die Entscheidung, in die das Ergebnis einfließt, und der Termin
HILFREICH, FALLS VORHANDEN
  • [+]Gemessene Temperaturen oder Wärmebildaufnahmen
  • [+]Einschaltdauern und Lastprofile
  • [+]Lüfterkennlinien und Datenblätter
  • [+]Frühere Berechnungen oder Prüfberichte
  • [+]Anmerkungen Ihres Kunden oder Prüfers
DATEN UNVOLLSTÄNDIG?So beginnen die meisten Projekte.Was fehlt, listen wir im Gespräch zur Klärung des Leistungsumfangs auf. Alles, was wir annehmen müssen, wird im Annahmenregister des Berichts festgehalten – nie im Modell versteckt.

06 / DER BERICHT

Sehen Sie den Bericht, bevor Sie ihn kaufen.

Ein unterzeichneter, revisionsgeführter Bericht von durchschnittlich 60 Seiten. Jede Temperatur ist auf einen Betriebspunkt, eine Wärmelast aus einem benannten Datenblatt und eine Randbedingung mit ihrer Quelle zurückgeführt.

  1. T1
    AnnahmenregisterJede Annahme – vor allem Kontaktwiderstände und h-Werte – nummeriert und begründet.
  2. T2
    Rückverfolgbarkeit der WärmelastenJede Wärmequelle nennt ihren Betriebspunkt und das Datenblatt, aus dem sie stammt.
  3. T3
    VerifikationsnachweiseEnergiebilanz, Handrechnung über ein Widerstandsnetzwerk und Netzstudie – enthalten, nicht nur behauptet.
  4. T4
    Reproduzierbares ModellSolver, Version, Werkstoffdaten, Randbedingungen und Korrelationen werden angegeben.
  5. T5
    Fazit in klarer SpracheEine Seite, die ein Manager lesen kann: innerhalb der Grenzwerte oder nicht, die Reserve, und was zu ändern ist.

07 / ANWENDUNGEN

Typische Ausrüstung und Strukturen.

Schaltschränke & SchaltanlagenStromschienen · Leistungsschalter · Erwärmung
LeistungselektronikWechselrichter · Umrichter · Kühlkörper
Transformatoren & DrosselnHotspot · Kühlung · Überlast
Gehäuse & EinhausungenNatürliche Konvektion · Lüfter · Sonneneinstrahlung
RechenzentrumsausrüstungRack-Eintrittstemperaturen · Luftstrom
Batterie- & E-AntriebskomponentenZelltemperaturen · Kühlplatten
TragwerkeTemperatureinwirkungen · Ausdehnung · Brand
Medizin- & LaborgeräteBerührungstemperatur · interne Hotspots

08 / NORMEN

Nachgewiesen bis zu der Klausel, die Ihr Prüfer liest.

Temperaturgrenzwerte und Nachweisverfahren stammen aus der Norm, nach der Ihre Ausrüstung ausgelegt oder zertifiziert wird — im Bericht zitiert.

NORMWOFÜR WIR SIE NUTZEN
IEC 61439-1Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen — Nachweis der Erwärmung
IEC 60076-2Leistungstransformatoren — Erwärmung
IEC 62368-1Gerätesicherheit – Grenzwerte für Berührungstemperaturen
JEDEC JESD51Thermische Charakterisierung elektronischer Gehäuse (θ_JA, θ_JC)
EN 1991-1-5Temperatureinwirkungen auf Tragwerke
ASHRAE TC 9.9Thermische Richtlinien für Rechenzentrumsumgebungen

09 / SO ARBEITEN WIR ZUSAMMEN

Drei Wege der Zusammenarbeit.

Die Preise sind je schriftlich vereinbartem Umfang fest. Sie bezahlen die Antwort auf eine definierte Frage, nicht offene Stunden.

E-01PROJEKT

Projekt mit festem Umfang

AM BESTEN FÜR
Ein definiertes Bauteil oder Tragwerk mit einer klaren Fragestellung
PREIS
Festpreisangebot nach Klärung des Umfangs
Beginnen Sie mit einer Problembeschreibung
E-02RAHMENVERTRAG

Engineering-Rahmenvertrag

AM BESTEN FÜR
Konstruktionsteams mit wiederkehrendem Analysebedarf
PREIS
Angebot je nach Umfang
Rahmenvertrag besprechen
E-03PRÜFUNG

Prüfung durch Dritte

AM BESTEN FÜR
Prüfung einer FEA oder Handrechnung, die jemand anderes erstellt hat
PREIS
Festpreisangebot
Prüfung anfragen

10 / FAQ

Vor jedem Projekt erfragt.

Etwas anderes? Fragen Sie es in der Problembeschreibung — die Antwort kommt mit dem Leistungsumfang.

Welche Software verwenden Sie?

Tessera — der Solver, den wir entwickeln — rechnet heute die kostenlosen Rechner auf dieser Website, jeder mit seinen veröffentlichten Referenzfällen. Für Projektarbeit wird der Solver anhand der Norm gewählt, die das Ergebnis erfüllen muss, und im schriftlichen Leistungsumfang benannt. Jeder Bericht nennt Solver, Version, Werkstoffdaten und die Modellierung der Konvektion.

Brauchen wir CFD, oder genügt ein thermisches Modell?

Lässt sich die Konvektion mit Korrelationen beschreiben — eine Wand, eine Rippe, eine bekannte Luftströmung —, genügt ein thermisches Modell. Entscheidet die Luftströmung selbst über das Ergebnis, koppeln wir es mit CFD (S-02).

Das Datenblatt unserer Komponente nennt die Verluste nur für einen Betriebspunkt. Reicht das?

Oft ja. Wir verwenden den ungünstigsten realistischen Betriebspunkt und nennen ihn; liegt das Ergebnis nahe am Grenzwert, fragen wir nach weiteren Daten oder führen eine Sensitivitätsstudie durch.

Können Sie unsere Thermoelement- oder Wärmebilddaten verwenden?

Ja — gemessene Temperaturen werden zur Kalibrierung von Kontaktwiderständen und h-Werten verwendet, und der Vergleich wird dokumentiert.

Können die Temperaturen in einen Festigkeitsnachweis einfließen?

Ja — das Temperaturfeld wird für die Wärmespannungen auf das FE-Modell übertragen. Siehe S-01 Structural.

Wie wird der Preis festgelegt?

Nach schriftlichem Leistungsumfang: Anzahl der Komponenten und Betriebspunkte sowie die Frage, ob eine instationäre, CHT- oder Thermospannungsanalyse nötig ist.

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11 / PROBLEMBESCHREIBUNG

Schicken Sie die Wärmelast. Sie erhalten einen schriftlichen Leistungsumfang zurück.

Sagen Sie uns, was sich erwärmt, wie es gekühlt wird und unter welcher Temperatur es bleiben muss. Wir antworten mit Rückfragen oder einem festen Leistungsumfang.

  • [✓] NDA vor dem Datenaustausch
  • [✓] Rückmeldung innerhalb von [X] Werktag(en)
  • [✓] Umfang, Annahmen & Abnahmekriterien schriftlich