Untersuchung einer kraftschlüssigen
Verbindung von Keramiklaufrad und
Metallwelle in Kleingasturbinen
Zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Ingenieurwissenschaften
-Dr.-Ing.-
von der Fakultät V – Verkehrs- und Maschinensysteme
der Technischen Universität Berlin
genehmigte Dissertation
von
Dipl.-Ing. Ulf Heinrich
aus Gräfenhainichen
Promotionsausschuss:
Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. H. Siekmann
Berichter: Prof. Dr.-Ing. H. Pucher
Berichter: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. L. Dorn
Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 20. Juni 2002
Berlin 2002
D83
Vorwort
Diese Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mit-
arbeiter am Fachgebiet Verbrennungskraftmaschinen an der TU Berlin, unter-
geordnet dem Institut für Land- und Seeverkehr der Fakultät V -Verkehrs- und
Maschinensysteme, und wurde im Rahmen eines von der Deutschen For-
schungsgemeinschaft geförderten Forschungsprojekts durchgeführt.
Herrn Prof. Dr.-Ing. H. Pucher spreche ich für die Überlassung des The-
mas, für die gewährte fachliche und persönliche Unterstützung bei der Durch-
führung der Arbeit sowie für die Übernahme des Hauptreferats meinen ganz
besonderen Dank aus.
Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. L. Dorn danke ich für die Übernahme des
Koreferats und die vielen wertvollen Hinweisen.
Herrn Prof. Dr.-Ing. H. Siekmann danke ich für seine spontane Bereit-
schaft zur Übernahme des Vorsitzes im Promotionsausschuss.
Danken möchte ich auch allen Mitarbeitern und Kollegen des Instituts, so-
wie den Studierenden, die durch Ihre Arbeit und vielseitige Unterstützung
maßgeblich zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben. Namentlich er-
wähnen möchte ich an dieser Stelle Herrn Dr.-Ing. B. Schenk, welcher meine
Arbeit mit wertvollen Hinweisen unterstützte.
Meinen Familienangehörigen danke ich für die breite Unterstützung meiner
Arbeit und die ermunternden Worte in all den Jahren.
U. Heinrich
Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen .................................................................................................................. I
1 Einleitung ..................................................................................................................... 1
1.1 Keramische Werkstoffe ................................................................................. 2
1.2 Zum Fügen von Keramik mit Metall ....................................................... 4
1.3 Keramikwelle-Metallnabe-Verbindung .................................................. 5
2 Zielsetzung ................................................................................................................... 11
3 Welle/Nabe-Verbindung ...................................................................................... 13
3.1 Einsatzbedingungen ........................................................................................ 14
3.2 Funktionsprinzip ............................................................................................... 17
3.3 Konstruktionsvarianten .................................................................................. 19
3.4 Verwendete Werkstoffe ................................................................................. 21
3.5 Fertigung und Montage der Teile .............................................................. 25
4 Experimentelle Untersuchungen .................................................................... 33
4.1 Methodik .............................................................................................................. 33
4.2 Torsionsprüfung ................................................................................................ 35
4.2.1 Torsionsprüfstand .............................................................................. 35
4.2.2 Probenaufnahme ................................................................................ 37
4.2.3 Versuchsdurchführung und Messdatenerfassung ................ 38
4.3 Axiale Belastungstests ................................................................................... 41
4.3.1 Auspressen der Keramikwelle ..................................................... 42
4.3.2 Einpressen der Segmente mit Keramikwelle ......................... 43
4.3 Neutronendiffraktometrie ............................................................................. 43
4.4 Ultraschalluntersuchung ................................................................................ 45
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