Traumatische Verletzungen der Frontzähne treten bei Kindern und Jugendlichen zunehmend häufiger auf. Im jugendlichen Gebiss ist die prothetische Versorgung eines zervikal frakturierten Zahnes aufgrund des nicht abgeschlossenen Kiefer- und Wurzelwachstums nicht möglich. Kompositaufbau oder Fragmentwiederbefestigung sind Möglichkeiten den Zahn mit einer guten Ästhetik zu erhalten. Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, ob verschiedene Adhäsivsysteme signifikante Unterschiede in der Bruchfestigkeit der wiederbefestigten Zähne bedeuten. Auch wurde untersucht, ob ein zusätzliches fließfähiges Kompositmaterial (Tetric® Flow) die Bruchfestigkeit beeinflusst. Ein Teil dieser Arbeit befasst sich zudem mit der Frage, ob die Größe der Bruchfläche in Beziehung zu der Frakturresistenz der geklebten Zähne steht. Für die Arbeit wurden obere menschliche Molaren mit nicht fusionierter palatinaler Wurzel auf fünf Gruppen verteilt. Jeder Gruppe wurde ein Adhäsivsystem zugeteilt. Im Einzelnen wurden OptiBond FL®, Syntac®, AdheSE®, Adper®Prompt®L-Pop®, OptiBond FL® + Tetric® Flow verwendet. Zähne, die nach dem ersten Bruchversuch Substanzverluste aufwiesen, wurden separat in einer sechsten Versuchgruppe untersucht und mit OptiBond FL® und Tetric® Flow wiederbefestigt. Die Zähne wurden mit einer Materialprüfmaschine der Firma Zwick gebrochen, die Bruchfläche vermessen, nach Herstellerangaben der Adhäsivsysteme wiederbefestigt und dem zweiten Bruch unterzogen. Aus den Frakturresistenzwerten des ersten und zweiten Versuches wurde ein Bruchkraftquotient errechnet. Als Ergebnis ist festzuhalten, dass die Gruppen OptiBond FL® und OptiBond FL® mit Tetric® Flow mit einem Medianwert von etwa 35% die höchste Bruchfestigkeit aufweisen. Syntac® zeigt mit etwa 15% den niedrigsten Wert auf. Die Gruppen OptiBond FL®, OptiBond FL® mit Tetric® Flow und AdheSE® zeigen im Vergleich mit Syntac® signifikant höhere Werte, OptiBond FL® zusätzlich noch zu Adper®Prompt®L-Pop®. Es wurde festgestellt, dass die richtige Wahl des Adhäsivsystems die Höhe der Frakturresistenz signifikant beeinflusst, die Verwendung eines fließfähigen Kompositmaterials dagegen nicht. Es wurde weiterhin der Nachweis erbracht, dass die Größe der Bruchfläche keinen signifikanten Bezug zur Bruchfestigkeit besitzt. / Traumatic injuries of the front teeth are increasingly more often by children and young people. By young people is the prosthetic supply of cervical fractured tooth impossible because of the uncompleted root and jaw growth. Repairing the teeth with composite resin or reattaching of the fragment are possibilities to secure the tooth with a good aesthetics. The aim of this thesis was to determine, if different bonding agents mean significant differences in the breaking strength of reattached teeth. Also investigated was, if an additional use of flowable composite resin (Tetric® Flow) affects the breaking strength. Finally this thesis searched for a possible relationship between the size of the broken surface and the fracture resistance of the bonded teeth. Human upper molar teeth with detached palatinal roots were first distributed to five groups. Each group was assigned a bonding agent (OptiBond FL®, Syntac®, AdheSE®, Adper®Prompt®L-Pop®, OptiBond FL® + Tetric® Flow). Teeth, which show after the first break attempt substance losses, were separately examined in a sixth group and reattached with OptiBond FL® + Tetric® Flow. The study used a dynamometer for breaking extracted teeth. The breaking force as well as the broken surface got measured. After bonding, the teeth got broken again and measurements were repeated. The fracture strength of the first and second break was expressed as a percentage. As a result it should be noted that the groups OptiBond FL® and OptiBond FL® + Tetric® Flow with a median value of about 35% show the highest breaking strength. Syntac® shows with about 15% the lowest value. The groups OptiBond FL®, OptiBond FL® + Tetric® Flow and AdheSE® show compared with Syntac® significantly higher values, OptiBond FL® additionally to Adper®Prompt®L-Pop®. The statistical evaluation of the breaking test results showed that the correct choice of bonding agent the breaking strength significantly affected. The addition of a flowable composite resin did not show a significant improvement. The tests proved that the breaking strength is independent of the size of the broken surface.

Understanding the mechanisms of fragmentation within silicate melts is of great interest not only for material science, but also for volcanology, particularly regarding molten fuel coolant-interactions (MFCIs). Therefore edge-on hammer impact experiments (HIEs) have been carried out in order to analyze the fracture dynamics in well defined targets by applying a Cranz-Schardin highspeed camera technique. This thesis presents the corresponding results and provides a thorough insight into the dynamics of fragmentation, particularly focussing on the processes of energy dissipation. In HIEs two main classes of cracks can be identified, characterized by completely different fracture mechanisms: Shock wave induced “damage cracks” and “normal cracks”, which are exclusively caused by shear-stresses. This dual fracture situation is taken into account by introducing a new concept, according to which the crack class-specific fracture energies are linearly correlated with the corresponding fracture areas. The respective proportionality constants - denoted “fracture surface energy densities” (FSEDs) - have been quantified for all studied targets under various constraints. By analyzing the corresponding high speed image sequences and introducing useful dynamic parameters it has been possible to specify and describe in detail the evolution of fractures and, moreover, to quantify the energy dissipation rates during the fragmentation. Additionally, comprehensive multivariate statistical analyses have been carried out which have revealed general dependencies of all relevant fracture parameters as well as characteristics of the resulting particles. As a result, an important principle of fracture dynamics has been found, referred to as the “local anisotropy effect”: According to this principle, the fracture dynamics in a material is significantly affected by the location of directed stresses. High local stress gradients cause a more stable crack propagation and consequently a reduction of the energy dissipation rates. As a final step, this thesis focusses on the volcanological conclusions which can be drawn on the basis of the presented HIE results. Therefore fragments stemming from HIEs have been compared with natural and experimental volcanic ash particles of basaltic Grimsvötn and rhyolitic Tepexitl melts. The results of these comparative particle analyses substantiate HIEs to be a very suitable method for reproducing the MFCI loading conditions in silicate melts and prove the FSED concept to be a model which is well transferable to volcanic fragmentation processes. / Forschungen mit dem Ziel die Abhängigkeiten und Mechanismen von Bruchprozessen in amorphen silikatischen Materialien exakt verstehen zu lernen, sind nicht nur in den Materialwissenschaften, sondern darüber hinaus auch in der Vulkanologie von größter Bedeutung, vor allem auch im Hinblick auf thermohydraulische Schmelze-Wasser-Wechselwirkungen (sog. "molten fuel coolant-interactions", MFCIs). Aus diesem Grund wurden Hammerschlagexperimente (HIEs) durchgeführt, um unter Verwendung einer Cranz-Schardin Funkenzeitlupe die Bruchdynamiken in exakt definierten Versuchsmaterialien zu analysieren. Die vorliegende Arbeit stellt die Ergebnisse dieser Versuchsreihen vor und beleuchtet detailliert die zeitlichen Abläufe während der Fragmentation, wobei sie ihr Hauptaugenmerk besonders auf die energetischen Dissipationsprozesse beim Rissfortschritt richtet. In den HIEs können zwei Hauptklassen von Rissen identifiziert werden, welche durch vollkommen unterschiedliche Rissmechanismen gekennzeichnet sind: Stoßwelleninduzierte "Schadensrisse" ("damage cracks") und "Normalrisse" ("normal cracks"), welche ihre Ursachen ausschließlich in Scherspannungen haben. Diesem parallelen Vorhandensein beider Rissklassen wurde mit einem neu entwickelten Konzept Rechnung getragen: Ihm zufolge sind die rissklassenspezifischen Bruchenergien direkt proportional zur jeweiligen Bruchfläche, wobei die entsprechenden Proportionalitätskonstanten als Bruchflächenenergiedichten ("fracture surface energy densities", FSEDs) bezeichnet werden. Ihre Werte wurden für alle untersuchten Targets unter verschiedenen, genau definierten Randbedingungen ermittelt. Die Auswertungen der Zeitlupenaufnahmen und die Einführung neuer bruchdynamischer Parameter ermöglichten nicht nur eine detaillierte Beschreibung der Rissentwicklung im Target, sondern darüber hinaus auch quantitative Aussagen zur Dynamik der Bruchenergiedissipationsraten. Mit Hilfe umfassender multivariater statistischer Analysen war es zudem möglich, die allgemeinen Abhängigkeiten aller relevanten Bruchparameter sowie die Einflüsse auf die kennzeichnenden Merkmale der bei der Fragmentation erzeugten Partikel herauszufinden. Auf diese Weise konnte ein wichtiges Prinzip der Bruchdynamik nachgewiesen werden, das in dieser Arbeit als "lokaler Anisotropieeffekt" (“local anisotropy effect”) bezeichnet wird. Diesem Prinzip zufolge wird die Bruchdynamik in einem Material signifikant durch die Lage von gerichteten Spannungen beeinflusst: Hohe örtliche Spannungsgradienten senkrecht zur Bewegungsrichtung des Risses bewirken eine stabilere Rissausbreitung und damit eine Verringerung der Energiedissipationsraten. In einem letzten Schritt beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Frage, welche vulkanologischen Schlussfolgerungen man aus den vorgestellten Versuchsergebnissen ziehen kann. Dazu wurden die erzeugten HIE-Fragmente mit natürlichen und experimentellen vulkanischen Aschen verglichen, welche von rhyolitischen Tepexitl- und basaltischen Grimsvötn-Schmelzen entstammten. Auf Grundlage dieser Partikelvergleiche konnte gezeigt werden, dass die Hammerschlagsversuche eine geeignete Methode darstellen, um genau jene Belastungsbedingungen zu reproduzieren, welchen Magmen während eines MFCI ausgesetzt sind. Zudem wurde damit der Nachweis erbracht, dass das in dieser Arbeit vorgestellte FSED-Konzept sich adäquat auf vulkanische Fragmentationsprozesse übertragen lässt.

Während die Verfahren Schweißen und Kleben für Magnesiumwerkstoffe bereits vielfältig untersucht worden sind, standen bisher zur Frage der Lötmöglichkeit nur ansatzweise Ergebnisse zur Verfügung. Das Ziel dieser Dissertation besteht darin, einen Beitrag zur Erweiterung der geeigneten Fügeverfahren zu leisten. Als Randbedingungen werden folgende Punkte als wesentlich erachtet: Das Verfahren soll einfach in den Produktionszyklus zu integrieren sein. Die Lötverbindung darf aus der Sicht der Korrosionseigenschaften keinen Schwachpunkt bilden. Es werden geeignete Lote hergestellt und hinsichtlich ihrer Gefügeausbildung und ihres Schmelzverhaltens charakterisiert. Für Lötverbindungen mit den Grundwerkstoffen AZ31 und AZ91 werden die sich ausbildenden Gefüge beschrieben. Die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften erfolgt durch Zugversuche in Stumpfstoß- und Überlappgeometrie, durch Schwingversuche sowie durch Härtemessungen. Korrosionseigenschaften der Lötverbindungen werden in unterschiedlichen Elektrolyten und Umgebungsmedien bewertet. Ursachen der Entstehung von Lötfehlern werden diskutiert.

Während die Verfahren Schweißen und Kleben für Magnesiumwerkstoffe bereits vielfältig untersucht worden sind, standen bisher zur Frage der Lötmöglichkeit nur ansatzweise Ergebnisse zur Verfügung. Das Ziel dieser Dissertation besteht darin, einen Beitrag zur Erweiterung der geeigneten Fügeverfahren zu leisten. Als Randbedingungen werden folgende Punkte als wesentlich erachtet: Das Verfahren soll einfach in den Produktionszyklus zu integrieren sein. Die Lötverbindung darf aus der Sicht der Korrosionseigenschaften keinen Schwachpunkt bilden. Es werden geeignete Lote hergestellt und hinsichtlich ihrer Gefügeausbildung und ihres Schmelzverhaltens charakterisiert. Für Lötverbindungen mit den Grundwerkstoffen AZ31 und AZ91 werden die sich ausbildenden Gefüge beschrieben. Die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften erfolgt durch Zugversuche in Stumpfstoß- und Überlappgeometrie, durch Schwingversuche sowie durch Härtemessungen. Korrosionseigenschaften der Lötverbindungen werden in unterschiedlichen Elektrolyten und Umgebungsmedien bewertet. Ursachen der Entstehung von Lötfehlern werden diskutiert.