Die für die Untersuchung des Ermüdungswiderstandes von Elastomerbauteilen verwendeten Formulierungen basieren häufig auf Modellen, die für Anwendungen in der Metalltechnik entwickelt wurden. Die damit verbundenen Eigenschaften wie Isotropie oder Elastizität stehen hingegen im Konflikt mit den Anforderungen, die zu der Wahl eines gefüllten Polymers als Werkstoff geführt haben. Gleichzeitig weisen technische Gummiwerkstoffe ein hochgradig nichtlineares Materialverhalten auf und zeigen vom Polymer und Füllstoffgrad abhängig eine unterschiedlich ausgeprägte belastungsinduzierte Anisotropie. Diese Umstände führen zu dem Bedarf, das Ermüdungsverhalten technischer Gummiwerkstoffe in Abhängigkeit der für Gummi typischen Eigenschaften intensiver zu untersuchen und neue Ansätze für die Auslegung der Lebensdauer von elastomeren Werkstoffen bereitzustellen. Im Rahmen der Arbeit wird eine Auswahl an unterschiedlichen Modellwerkstoffen auf polymerer Basis auf ihre Lebensdauereigenschaften hin analysiert. Den Schwerpunkt bilden hierbei modulierte Belastungsrichtungen, die über eine einfache Scherung mit rotierenden Achsen versuchstechnisch abgebildet werden. Anhand der Versuchsergebnisse werden neue Ansätze zur Vorhersage der Lebensdauer technischer Gummiwerkstoffe formuliert und mit bisherigen Ansätzen verglichen. Neben der Formulierung neuer Berechnungsvorschriften zur Bestimmung des Ermüdungswiderstandes polymerer Werkstoffe werden zudem die einfache Scherung mit rotierenden Achsen sowie das Versuchsprinzip zu deren Umsetzung eingehend untersucht. Dies umfasst auch eine Analyse einer mechanischen Charakterisierung technischer Gummiwerkstoffe anhand einer einfachen Scherung mit rotierenden Achsen.

Distinct juvenile behaviour differences, changes in adult sizes and reproductive capacity and a long reproductive period triggered the working hypothesis of two alternative life-cycle strategies favouring aestivation or immediate reproduction. The hypothesis for the life-cycles of Hyperolius nitidulus that differed from the commonly assumed reproductive strategy for this species was confirmed by the results of this study. Aestivated juveniles start to mature at the beginning of the rainy season and reproduce subsequently. Their tadpoles grow until metamorphosis and either reproduce in this same season, in which case their offspring aestivates (one year - two generations), or they delay reproduction to the following year and aestivate themselves (one year - one generation). Juveniles trying to reproduce as fast as possible will invest in growth and differentiation and show no costly adaptations to aestivation, while juveniles delaying reproduction to the following rainy season will be well adapted to dry season conditions. Indirect evidence for the existence of a second generation was found in all three investigation years: adult size decreased abruptly towards the end of the rainy season, mainly due to the arrival of very small individuals, and clutch size decreased abruptly. Also at the end of the rainy season juveniles had two behavioural types: one hiding on the ground and clearly avoiding direct sunlight and another sitting freely above ground showing higher tolerance towards dry season conditions (high air temperatures and low humidity). Skin morphology differed between the types showing many more purine crystals in a higher order in the dry-season adapted juveniles. The final proof for the existence of a second generation came with the recapture of individuals marked as juveniles when they left the pond. The 45 recaptured frogs definitely came back to the pond to reproduce during the same season in 1999. Second generation frogs (males and females) were significantly smaller than the rest of all adults and egg diameter was reduced. Clutch size did not differ significantly. It was found that females did not discriminate against second generation males when coming to the ponds to reproduce. Second generation males had a similar chance to be found in amplexus as first generation males. Indirect and direct evidence for a second generation matched very well. The sudden size decrease in adults occurred just at the time when the first marked frogs returned. The observation that freshly metamorphosed froglets were able to sit in the sun directly after leaving the water led to the assumption that the decision whether to aestivate or to reproduce already happens during the frogs' larval period. Water chemistry and the influence of light was investigated to look for the factors triggering the decision, but only contaminated water increased the number of juveniles ready for aestivation. Whether the life history polymorphism observed in Hyperolius nitidulus is due to phenotypic plasticity or genetic polymorphism is still not known. Despite this uncertainty, there is no doubt that the optimal combination of different life histories is profitable and may be a reason for the wide range and high local abundance of Hyperolius nitidulus. / Deutliche Verhaltensunterschiede bei Juvenilen, Veränderungen in der Größe von Adultfröschen, reduzierte Gelegegrößen und eine lange Reproduktionsphase führten zu der Arbeitshypothese von möglicherweise zwei verschiedenen life-history Strategien für Hyperolius nitidulus: Ästivation oder unmittelbare Reproduktion. Die Hypothese der alternativen life-cycles wich vom allgemein angenommenen Lebensverlauf der Frösche ab, wurde aber in dieser Arbeit bestätigt. Ästivierte Jungfrösche entwickeln sich zu Beginn der Regenzeit zu Adulten und reproduzieren sich dann (= erste Generation). Ihre Kaulquappen wachsen entweder bis zur Metamorphose und reproduzieren sich dann in dieser Saison (Sommergeneration), in welchem Fall erst ihre Nachkommen wieder ästivieren (ein Jahr - zwei Generationen) oder sie verschieben ihre Reproduktion auf das nächste Jahr und ästivieren selbst (ein Jahr - eine Generation). Jungfrösche, die sofort versuchen, sich zu reproduzieren, sollten in schnelles Wachstum und Differenzierung investieren und keine teuren Anpassungen an die Ästivation aufweisen, während Jungtiere, die die Reproduktion auf das nächste Jahr verschieben, gut an Trockenzeitbedingungen angepasst sein sollten. Indirekte Hinweise auf eine kurzlebige Sommergeneration (= zweite Generation) gab es in allen Untersuchungsjahren: Die mittlere Adultgröße nahm gegen Ende der Regenzeit abrupt ab, hauptsächlich aufgrund der Ankunft extrem kleiner Tiere, und auch die Gelegegröße ging rapide zurück. Gegen Ende der Regenzeit gab es bei den Jungfröschen außerdem zwei verschiedene Verhaltenstypen: einen, der sich am Boden versteckte und deutlich direkte Sonnenbestrahlung mied und ein anderer, der frei an Grashalmen über dem Boden saß und höhere Toleranz gegenüber Trockenzeitbedingungen (hohe Temperaturen und niedrige Luftfeuchtigkeit) aufwies. Die Hautmorphologie dieser Verhaltenstypen war ebenfalls unterschiedlich. Die trockenadaptierten Tiere hatten mehr Purinkristalle, die außerdem stärker geordnet waren. Der Wiederfang von Tieren, die sich in derselben Regenzeit in der sie als Jungfrösche markiert worden waren, fortpflanzten, war der direkte Beweis für die Existenz Sommergeneration. 45 Frösche kamen 1999 in derselben Saison zurück, um sich zu reproduzieren. Frösche aus der Sommergeneration (=Fortpflanzung in der selben Saison) waren signifikant kleiner als der Rest der Frösche am Tümpel, und der Eidurchmesser von Gelegen von Zweitgenerationsweibchen war reduziert. Gelegegrößen zwischen erster und zweiter Generation waren nicht unterschiedlich. Reproduktionsbereite Weibchen unterschieden nicht zwischen Männchen der ersten und zweiten Generation. Männchen der zweiten Generation hatten daher dieselben Amplexuschancen. Direkte und indirekte Hinweise auf eine zweite Generation passten zeitlich sehr gut zusammen. Die plötzliche Größenreduktion in den Adulten trat genau zu dem Zeitpunkt auf, zu dem die ersten markierten Frösche zurückkamen, um sich zu reproduzieren. Die Beobachtung, dass frischmetamorphosierte Jungtiere in der Lage waren, direkt nach dem Verlassen des Wassers in der Sonne zu sitzen, führten zu der Annahme, dass die Entscheidung für Reproduktion oder Ästivation bereits während der larvalen Phase gefällt werden muss. Wasserchemie und der Einfluss von Licht wurden untersucht, allerdings erhöhte nur stark verschmutztes Wasser die Anzahl ästivationsbereiter Juveniler. Ob der in Hyperolius nitidulus gefundenen life-history Polymorphismus genetisch ist, oder ob es sich um phänotypische Plastizität handelt, ist noch nicht bekannt. Trotz dieser Unsicherheit gibt es keinen Zweifel, dass die optimale Kombination von verschiedenen life-history Strategien vorteilhaft ist und ein Grund für die weite Verbreitung und hohe lokale Abundanz von Hyperolius nitidulus sein könnte.

Den Fokus dieser Arbeit bildet die Untersuchung und die konzeptionelle Verbesserung der wichtigsten Eigenschaften organischer Leuchtdioden (OLED) – die Lebensdauer und die Quantenausbeute, welche sich durch die interne und externe Quanteneffizienz kategorisieren lässt. Es werden monochrome pin- Strukturen betrachtet, welche die Basis für Displays und weiße Multifarben- OLEDs darstellen. Die Auswirkung der Ladungsbalance auf die interne Quanteneffizienz wird untersucht. Dabei finden Triplettemitter Verwendung, da diese aus spinstatistischen Gründen viermal effizienter als fluoreszente Substanzen sind. Für hohe Effizienzen ist die ambipolare Ladungs- und Exzitonenverteilung in der Emissionsschicht mit breiter und zentraler Rekombinationszone anzustreben. Dies wird durch einen energetisch barrierefreien Schichtaufbau über die Auswahl der Matrix-, Blocker- und Transportmaterialien bezüglich geeigneter Transportniveaus und Ladungsträgerbeweglichkeiten erreicht. Bei roten OLEDs wird durch den Austausch des Lochblockers mit geeignetem LUMO die Elektroneninjektion in die löcherleitende Emissionsschicht erhöht und dadurch die Ladungsbalance maximiert. Damit werden externe Quanteneffizienzen von 20% erzielt, was dem Maximum der internen Quanteneffizienz von 100% entspricht. Des Weiteren werden neue Konzepte zur höheren Lichtauskopplung entwickelt. Aufgrund interner Totalreflexionen bleiben 80% der Photonen in Organikund Substratmoden gefangen was die externe Quanteneffizienz begrenzt. Eine deutliche Reduzierung dieser Moden wird bei OLEDs mit stärkeren Mikrokavitäten durch ITO/Silber-Anoden festgestellt. Die energetische und räumliche Umverteilung der Photonen verringert Totalreflexionen womit die Auskopplung bzw. die externe Quanteneffizienz um den Faktor 1,5 erhöht wird. Für rote OLEDs werden dadurch Rekordwerte von 26% externer Quanteneffizienz und einer Leistungseffizienz von 81 lm/W erzielt. Die auftretende winkelabhängige Farbverschiebung kann durch streuende Mikrolinsenfolien reduziert werden. Für verbesserte Auskopplung ohne Farbverschiebung werden Streukonzepte mit rauen Schichten getestet. Kristalline Schichten innerhalb der Organik beeinflussen allerdings den elektrischen Teil der OLED. Dies wird durch extrinsische Verlagerung der Streuschicht ausgeschlossen. Weiterhin wird die intrinsische Degradation von OLEDs mit phosphoreszenten Iridium-Emittern untersucht. Als Hauptursache werden strominduzierte chemische Reaktionen zwischen Emittermolekülen und anderen umgebenden Substanzen identifiziert. Die Akkumulation von Ladungsträgern und Exzitonen fördert diese Reaktionen. Als Zerstörungsmechanismus wird die Dissoziation der Iridium-Emitter mit folgender irreversibler Komplexbildung der Fragmente mit Umgebungsmaterialien wie dem Lochblocker festgestellt. Die OLED-Lebensdauer korreliert dabei doppelt- logarithmisch mit der Anzahl der Komplexe. Die chemische Reaktivität der Umgebungsmaterialien bestimmt die Stärke der Komplexbildung. Mit inerten Substanzen konnte bei roten OLEDs mit 10 Millionen Stunden bei Display-Helligkeit ein Weltrekord erzielt werden. Die geringe Degradation erfordert Extrapolationsmethoden. Es wird ein gestreckt exponentielles Verhalten der Helligkeitsabnahme beobachtet. Eine neue Fehleranalyse der Extrapolation ermöglicht die Angabe von Lebensdauer-Infima bei sehr stabilen OLEDs.

Zahnriemenfördersysteme haben auf Grund ihrer wirtschaftlichen und technischen Vorteile beim Transport von Stückgütern ein breites Anwendungsfeld in den unterschiedlichen Bereichen der Industrie gefunden und gewinnen weiterhin an Bedeutung. Die Auslegung der Systeme beschränkt sich gegenwärtig im Wesentlichen auf die Zugstrang- und die Zahnfußfestigkeit des Zahnriemens. Grundlagen der Berechnungen sind oft recht vage Aussagen zur Höhe des Reibwertes zwischen dem Zahnriemen und dessen Stützschiene. Die Erhöhung der Kontakttemperatur durch die eingebrachte Reibleistung wird meist völlig vernachlässigt. In der Praxis wird oftmals auf Erfahrungswerte zurückgegriffen, wobei die Gefahr der Über- bzw. Unterdimensionierung mit erheblichen Auswirkungen auf die Lebensdauer, das Verschleißverhalten und die Betriebssicherheit besteht. Ziel der Arbeit war es, Potentiale zu Steigerung der Belastungsgrenzen und der sicheren Dimensionierung sowie zur Reduzierung von Verschleiß an Zahnriemenförderern an bestimmten Führungsschienen zu erschließen. In die Bewertung wurden die Reibwertentwicklung aus Kurzzeit- (bis 8 Stunden) und Langzeituntersuchungen (über 7 Tage) und die Kontakttemperatur einbezogen. Anhand der Ergebnisse dieser Arbeit sollen günstige Zahnriemen- Stützschienenpaarungen für entsprechende Anwendungen gewählt werden können. Die Reibwerte zwischen Stützschiene und Zahnriemen sollen abschätzbar, und die Kontakttemperatur der Wirkpaarung im Zahnriemenförderer unter Einbeziehung von Beanspruchung und konstruktiven Aufbau von beschreibbar sein. Mit der Festlegung einer zulässigen Kontakttemperatur und deren Berechnung wurde zusätzliches Auslegungskriterium für diese Fördereinrichtungen geschaffen.

Zugl.: Clausthal-Zellerfeld, Techn. Univ., Diss., 2009

Leistungshalbleiter werden in Windenergieanlagen, Elektroautomobilen und vielen anderen Applikationen eingesetzt, bei denen die elektrische Energie in eine spezielle Form zu wandeln ist, um etwa Netzeinspeisung bei Windenergieanlagen oder eine spezifische Beschleunigung bei Elektroautomobilen zu realisieren. Bei ihrem Einsatz altern sie, dabei spielen Lastwechsel eine besondere Rolle. Es wird untersucht, welche Aspekte eine wichtige Rolle bei der Lastwechselbelastung einnehmen, wie sie zu berechnen und zu berücksichtigen sind. Am Beispiel von Leistungsmessdaten zweier an der mittelnorwegischen Küste betriebenen Windenergieanlagen wird beispielhaft gezeigt, wie die Lastwechselbelastung ermittelt werden kann. Im Rahmen der Arbeit wurde ein modularer 2000A Lastwechseltester entwickelt, gebaut und in Betrieb genommen, der mit einer neuen VCE(T) Kalibriermethode, der Aktiven Kalibrierung, ausgerüstet ist. Tester und Kalibriervorgang werden vorgestellt und im Detail diskutiert. Auf dieser Basis werden Perspektiven aufgezeigt, wie Lastwechseltester zukünftig optimiert gestaltet und die Messmethoden zur Alterungsbestimmung in die Applikation überführt werden können. / Power semiconductors are deployed in wind mills, electrical cars and many other applications whenever electrical energy has to be transformed into an intended form e.g. to feed-in wind energy or to accelerate a car. In use they fatigue at which power cycles play an important role. This work investigates the aspects taking the main role at power-cycle load, how they are to calculate and how to be considered. Based on power measurements of two wind mills placed at the middle Norwegian coast, it is shown how to determine the power cycle load. A modular 2000A power cycling test equipment has been developed, built-up and run-in. By means of this equipment a new VCE(T) calibration-method is demonstrated. The equipment as well as the calibration procedure is presented and discussed in detail. On that basis perspectives are depicted how power cycle equipment can be optimized and, moreover, methods for fatigue determination can be transferred from laboratory into application.

Zugl.: Siegen, Universiẗat, Diss.

Techn. Universiẗat, Diss.--Berlin, 2007.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Regensburg, Univ., Diss., 2008