2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15814Beim Einsatz in hochbelasteten Maschinenbauanwendungen stoßen metallische Werkstoffe in vielen Fällen an ihre Grenzen, besonders wenn die Bauteile neben einer tribologisch-mechanischen Beanspruchung einer zusätzlichen thermischen Belastung unterliegen. Dies führt zu einem hohen Verschleiß der metallischen Bauteile und geringen Standzeiten. In solchen hochbelasteten Anwendungen weisen keramische Werkstoffe, aufgrund einiger den metallischen Werkstoffen überlegenen Eigenschaften, wie beispielsweise dem Verschleiß- und dem thermischen Widerstand, ein großes Potential auf. Doch bei der Verwendung von technischer Keramik bestehen auch einige Herausforderungen, wie die hohe Sprödigkeit, die geringe Bruchzähigkeit oder die Streuung der Festigkeit. Aufgrund dieser Faktoren sowie dem geringen Erfahrungswissen in der Praxis und den fehlenden allgemeinen Auslegungsvorschriften wird Keramik als Konstruktionswerkstoff trotz der positiven Eigenschaften oft nicht in Betracht gezogen. Am Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik wurde der Stirling Motor als hochbelastete Anwendung identifiziert, die ein hohes Potential für den Einsatz technischer Keramik aufweist. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, Baugruppen aus technischer Keramik unter kombinierter Belastung, wie sie in einem Stirling Motor auftritt, an einem geeigneten Prüfstand zu untersuchen. Dazu sollen unterschiedliche konstruktive Lösungen entwickelt und untersucht werden. Dadurch wird das Potential technischer Keramik hinsichtlich Standzeiten und Wirkungsgrad am Beispiel des Stirling Motors aufgezeigt.A technically reasonable application of structural components made of monolithic ceramics lies in the area where metallic materials fail. These are especially applications where the specific characteristics of ceramic materials excel the metallic ones, like durability against wear, high temperatures and corrosion. In the submitted project systematic design solutions shall be developed and analyzed, which enable the integration of monolithic ceramic components in mechanical applications under combined tribological, mechanical and thermal stress. For that matter the state of the art in the structural design of ceramic components shall be analyzed and using the example of a cylinder-piston-combination, for example appearing in a stirling motor, a methodical design process shall be developed. An experimental rig of a 4 cylinder stirling motor shall be developed and the testing of different exemplary designed-for-ceramic solutions shall be conducted. Preliminary tests to underpin the choice of ceramic materials on an available tribology test rig, which has to be modified, shall be carried out. In the second phase of the project the proposed design solutions shall be validated experimentally and general design rules shall be derived.