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Item Open Access Entwicklung eines Lebensdauerkonzeptes für Schaufel-Welle-Verbindungen stationärer Turbinen aus Nickelbasis- und 10 %-Chromlegierungen(2006) Rauch, Markus; Roos, Eberhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)Im Bereich von Gas- und Dampfturbinen sind die Rotoren, besonders während der Anfahr- und Abschaltphasen, hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Dies führt zu elastisch-plastischen Ermüdungs- bzw. Kriechermüdungsbeanspruchungen, welche im Bereich der Schaufelanbindung an den Rotor deutlich ausgeprägt zu finden sind. Ziel dieser Arbeit war daher, ein Berechnungsverfahren auf Basis inelastischer Finite Elemente-Analysen bei betriebsnaher Beanspruchung zu entwickeln. Hierbei bestand die Neuerung für Gasturbinen aus Nickelbasislegierungen darin, dass der wechselseitige Einfluss benachbarter Schaufeln sowie die Thermoschutzschicht im Kontaktbereich zwischen Schaufel und Scheibe berücksichtigt wurden. Darüber hinaus wurde dieses Lebensdauerkonzept zur Anwendung auf martensitische 10 %-Chromstähle von Dampfturbinen erweitert. Dies ist insofern wichtig, da sich aufgrund des zyklisch ständig entfestigenden Werkstoffverhaltens kein stabiler Zustand berechnen und auswerten lässt. Zunächst wurde je eine Modellkörpergeometrie entwickelt, die die wesentlichen lokalen Beanspruchungen in realen Gas- bzw. Dampfturbinen richtig wiedergeben. Die Nachrechnung der an diesen Modellkörpern durchgeführten zyklischen Versuche wurde unter Anwendung eines viskoplastischen Stoffgesetzes durchgeführt und diente zur Verifikation des Lebensdauerkonzeptes. Dadurch wurde für die Gasturbinenkonfiguration ein stabiler Zustand erreicht, der mit Hilfe des Schädigungsparameters nach Smith, Watson und Topper ausgewertet wurde. Entsprechend den Versuchsergebnissen konnte durch diese Berechnungsmethode gezeigt werden, dass die Beschichtung der Schaufelfüße keinen Einfluss auf die Lebensdauer bei zyklischer Beanspruchung darstellt. Aufgrund der ständigen zyklischen Entfestigung bis zum Anriss und der stärkeren Kriechneigung des bei der Dampfturbine eingesetzten martensitischen Stahles X12CrMoWVNbN10-1-1 kann in zyklischen Finite Elemente-Berechnungen kein stabiler Zustand erreicht werden. Daher wurde die Weiterentwicklung des Lebensdauerkonzeptes für dieses Werkstoffverhalten erforderlich. Unter Ausnutzung eines im viskoplastischen Stoffgesetz implementierten Ermüdungsschädigungsparameters und dessen Extrapolation auf einen werkstoff- und temperaturabhängigen Grenzwert, konnte die Anrisslastwechselzahl von typischen Dampfturbinenwerkstoffen vorhergesagt werden. Der Vergleich mit derzeit eingesetzten Auslegungsmethoden zeigt, dass das entwickelte Lebensdauerkonzept eine deutliche Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit unter betriebsnaher Beanspruchung von Turbinen bietet.Item Open Access Einfluss des Aluminiumgehaltes gespritzter Zinküberzüge auf den Korrosionsschutz von Stahl(2006) Büteführ, Marita; Reinhardt, Hans-Wolf (Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. E.h.)Im Rahmen dieser Arbeit werden im wesentlichen zwei Fragestellungen untersucht. Zum einen wird der Legierungseinfluss auf das Korrosionsverhalten von Spritzüberzügen in praxisnahen Medien des Bauwesens zur Ermittlung optimierter Legierungszusammensetzungen untersucht, zum anderen der legierungsabhängige Mechanismus der Korrosion und Deckschichtbildung, da das hervorragende Korrosionsverhalten der aluminiumreichen Schichten offenbar mit einer Besonderheit des Abtrags- und Deckschichtbildungsmechanismus einhergeht. Für die Untersuchungen wurden sieben verschiedene Spritzüberzüge auf unlegierten Stahl zum Zwecke des Korrosionsschutzes aufgebracht und ausgelagert. Das Korrosionsverhalten wurde in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung und der Korrosionsbelastung anhand der Veränderung des Erscheinungsbildes der Schichten und dem korrosionsbedingten Abtrag nach 2 und 5 Jahren Auslagerungen bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass durch das Zulegieren von Al zu Zn für die untersuchten Anwendungsgebiete im Bauwesen eine deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit erzielt werden kann. Ein Maximum der Schutzwirkung wurde bei mittleren Al-Gehalten von 15 bzw. 22 M.-% erzielt, mit Abtragsraten unter 1 µm/a. Die ZnAl 4-Spritzschicht wies immerhin in Stadtatmosphäre, Meeresatmosphäre und in der Spritzwasserzone des Meeres Abtragsraten unter 1 µm/a auf, während die ZnAl 2-Spitzschicht in allen Atmosphären Abtragsraten über 1 bis 20 µm/a aufwies. Das Zulegieren von über 22 % Al brachte keine zusätzlichen Verbesserungen im Korrosionsverhalten. Die durchgeführten Untersuchungen haben außerdem gezeigt, dass einem sehr geringen Abtrag überwiegend ein mittlerer oder sogar starker innerer Angriff gegenüber steht. Dieser stärkere innere Korrosionsangriff ist verbunden mit einem besseren Korrosionsverhalten, da diese von Korrosionsprodukten durchzogenen Spritzschichten offensichtlich schützend wirken. Zur Charakterisierung des Korrosionsmechanismus von ZnAl-Spritzschichten werden drei verschiedene Modelle diskutiert und anhand der elektrochemischen Untersuchungen beurteilt: der kathodische Schutz, eine Passivierung durch stabile Deckschichten und eine Inhibition der kathodischen Teilreaktion der Korrosion. Die Stromdichte-Potentialkurven lassen für keine Legierung eine Verschiebung des Freien Korrosionspotentials in kathodische Richtung erkennen. Des weiteren wird nur eine geringe Verringerung der Stromdichte im Anodischen insbesondere bei mittleren Al-Gehalten erkennbar. Gleichwohl wurde eine selektive Korrosion der zinkreichen Phasen festgestellt. Da eine ausgeprägte Hemmung der kathodischen Teilreaktion in Verbindung mit einer prozentualen Al-Anreicherung und einer Zn-Verarmung über die gesamte Schicht festgestellt wurde, beruht der Mechanismus der Korrosion von ZnAl-Spritzschichten im wesentlichen auf einer Inhibition durch Aluminiumhydroxid. Durch den zunehmenden Al-Anteil in der Schicht und das damit verbundene Vorherrschen inhibierender Korrosionsprodukte wird die kathodische Teilreaktion und damit auch die Korrosion des gespritzten ZnAl-Überzuges zunehmend unterbunden.Item Open Access Vergleichsprüfungen des Frostwiderstandes und Vergleich mit der Praxis : AiF-Vorhaben - Nr.: 13928 N ; Forschungsbericht 12-8900005/AiF-13928N/Hß vom 7.12.2006(2006) Huß, Andreas; Reinhardt, Hans-WolfInhalt des AiF-Forschungsprojekts Nr.: 13928 N (DBV-Nr.: 247) "Vergleichsprüfungen des Frostwiderstandes und Vergleich mit der Praxis" war die vergleichende Untersuchung des Frost-Widerstandes von Betonen unterschiedlicher Zusammensetzungen unter Laborbedingungen und nach Auslagerung am Otto-Graf-Institut (FMPA) in Stuttgart. Die Zusammensetzungen der untersuchten Betone lagen dabei im Grenzbereich der Vorgaben nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2 für die Expositionsklassen XF1 und XF3 sowie außerhalb der Vorgaben (u. a. höherer w/z-Wert, geringerer Zementgehalt). Die Beanspruchung der untersuchten Betone bestand aus reinem Frostangriff ohne Taumittel. Für die Frostbeanspruchung im Labor wurde das CIF-Prüfverfahren nach der RILEM Recommendation TC117-FDC, das u. a. als alternatives Prüfverfahren (CF-Prüfverfahren) in der Vornorm DIN CEN/TS 12390-9 angegeben ist, mit demineralisiertem Wasser angewendet. Da für die Beurteilung des Frostwiderstandes von XF1-Betonen derzeit kein genormtes Prüfverfahren zur Verfügung steht, wurde das CIF-Prüfverfahren auch bei der Prüfung der XF1-Betone angewendet. Für die Auslagerung unter praxisorientierten Bedingungen wurden als Prüfkörper Würfel mit rd. 15 cm Kantenlänge hergestellt. Dabei wurde eine der Seitenflächen ohne Verwendung von Trennmittel gegen eine 5 mm Dicke Teflonscheibe betoniert. Diese Seitenfläche wurde als Prüffläche, die der Witterung ausgesetzt war, verwendet. Während der Auslagerung wurden die Prüfflächen der XF3 Betone horizontal unter freiem Himmel positioniert. Die Prüfflächen der XF1 Betone wurden vertikal in Richtung Westen ausgerichtet. Die Auslagerung fand auf dem Dach des Otto-Graf-Institutes statt. Die ausgelagerten Prüfkörper wurden nach jeder Frost-Periode visuell auf Veränderungen durch Frosteinwirkung untersucht. Zudem wurden über einbetonierte Sensoren in ausgewählten Probekörpern Informationen über den Temperaturverlauf und die Feuchtigkeit (ausgedrückt über den elektrolytischen Widerstand im Beton) erfasst. Der vorliegende Bericht enthält die Auswertung der im Rahmen des Forschungsprojektes durchgeführten Prüfungen bzw. Untersuchungen und einen Vergleich der Laborergebnisse mit den Feststellungen an den Auslagerungsproben.Item Open Access Stahlrost in Beton(2006) Gehlen, Christoph; Nürnberger, Ulf; Neubert, BerndWer hat es nicht selber schon mit eigenen Augen gesehen? Unsere Bauwerke kommen in die Jahre. Das macht sich in den meisten Fällen auch äußerlich bemerkbar. Die in Beton eingebettete Stahlbewehrung fängt an zu rosten, der Überdeckungsbeton reißt auf und platzt ab. Auf welche Ursachen aber kann dieses Phänomen zurückgeführt werden? Vor dreißig, vierzig Jahren, also in einer Zeit, in der viele unserer heute noch genutzten Bauwerke hergestellt wurden, nahm man vor dem Hintergrund des damaligen Kenntnisstandes an, dass ein Stahl, der in Beton eingebettet wird, optimal vor Korrosion geschützt ist, also praktisch nicht rosten kann.Warum Betonstähle dennoch rosten können, wird nachfolgend beschrieben.