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Main Title: Untersuchung einer kraftschlüssigen Verbindung von Keramiklaufrad und Metallwelle in Kleingasturbinen
Translated Title: Investigation of shrink fitted connection of ceramic wheel and metal shaft in small gas turbines
Author(s): Heinrich, Ulf
Advisor(s): Pucher, Helmut
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Diese Arbeit stellt die Forschungsaktivitäten zu einer Keramikwelle-Metallnabe-Verbindung für Hochtemperatur-Kleingasturbinen vor. Das Ziel war die Entwicklung und Untersuchung einer Pressverbindung, die kostengünstig gefertigt werden kann und das Drehmoment sicher bis zu Spitzentemperaturen von 800°C überträgt. Experimentelle und numerische Untersuchungen wurden durchgeführt, um zwei im konstruktiven Aufbau sich leicht voneinander unterscheidende Ausführungen zu untersuchen. Beide nutzen das gleiche Prinzip der Pressverbindung, um die unterschiedlichen -thermisch bedingten- Ausdehnungen von Keramik und Metall zu kompensieren. Damit kann der Kontaktdruck zwischen der Keramik/Metall-Kontaktfläche über einen weiten Einsatztemperaturbereich annähernd konstant gehalten werden. Die Pressverbindungen wurden unter isothermen Bedingungen mit Torsion beansprucht, um den statischen Reibungskoeffizienten zu bestimmen, die Belastbarkeit durch Torsion zu ermitteln und die Verbindung zu optimieren. Die Spannungs- und Temperaturverteilung innerhalb der Verbindung wurde mittels der FEM berechnet und anschließend mit Messergebnissen zum Spannungszustand im Keramikschaft der Verbindung überprüft. Die experimentelle Spannungsbestimmung erfolgte am Hahn-Meitner-Institut Berlin durch die Neutronendiffraktometrie.
The presented work provides a synopsis of the research with respect to ceramic/metal joining concept for small ceramic high temperature gas turbine rotors. The objective was to design an interference fit type joint that can be cost effectively produced and reliably transmit torque at elevated temperatures (up to 800°C). Experimental and numerical investigations have been carried out to examine two slightly different designs which both utilize the same basic principle of a shrink fit connection that is able to compensate the thermal expansion mismatch between ceramic and metal and therefore is capable of keeping the contact pressure at the ceramic/metal interface nearly constant over a wide operating temperature range. The joints have been tested under torsional load at isothermal conditions in order to determine the static coefficient of friction and the torque carrying capability, as well as to optimize the joint geometry. The stress and temperature distribution inside the joint has been determined by FEA and subsequently evaluated by measuring the residual stress state of the joint in the ceramic by neutron diffraction. The neutron diffraction was carried out by the Hahn-Meitner-Institut Berlin.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-3888
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/783
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-486
Exam Date: 20-Jun-2002
Issue Date: 22-Nov-2002
Date Available: 22-Nov-2002
DDC Class: 600 Technik, Technologie
Subject(s): Hochtemperaturanwendung
Keramik/Metall-Verbindung
Kleingasturbine
Pressverbindung
Ceramic/metal joint
High temperature application
Shrink fit
Small gas turbine
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Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Publications

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