Organelles are crucial compartments in living cells for carrying out biological events, and cells normally employ compartmentalization to spatially manage their cellular material transport, signaling, and metabolic processes. Engineering biomimetic nanoreactors to replicate biological processes has attracted a lot of interest in recent years. pH-responsive and photo-crosslinked polymersomes, for example, as synthetic vesicles, have tuable membrane permeability and mechanical stability, and may be utilized to build artificial organelles by encapsulating bioactive molecules in their cavity. Most existing reports of stimuli-responsive polymersomes for enzymatic cascade reactions are based on a simple mix of two types of polymersomes loaded with different enzymes, whereas cells process multi-enzyme catalytic systems in which intracellular biological reactions are carried out by combining two or more enzymes in the same organelle. In fact, the most of sophisticated biological functions and features of cells are based on self-organization, the coordination and connection between their cell organelles determines their key functions. Therefore, spatially ordered and controllable self-assembly of polymersomes to construct clusters to simulate complex intracellular biological functions has attracted widespread attention. Here, a simple one-step copper-free click strategy is present to crosslink nanoscale pH-responsive and photo-crosslinked polymersomes (less than 100 nm) to micron-level clusters (more than 90% in 0.5-2 µm range). Various influencing factors in the clustering process and subsequent purification methods were studied to obtain optimal clustered polymeric vesicles. Even if co-clustering the separately loaded polymeric vesicles with different enzymes (glucose oxidase and myoglobin), the overall permeability of the clusters can still be regulated through tuning the pH values on demand. Compared with the conventional enzyme cascade reaction through simple blending polymersomes, the rate of enzymatic cascade reaction increased significantly due to the interconnected complex microstructure established. The connection of catalytic nano-compartments into clusters confining different enzymes of a cascade reaction provide an excellent platform for the development of artificial systems mimicking natural organelles or cells. Although pH-responsive polymersomes present a good membrane permeability in response to alternate pH values and good stability in swelling/shrinking behavior owing to the photo-crosslinked membrane, they are still insufficient to simulate more complex biological activity. The intrinsic pH values for molecules transport are always acidic, whereas the majority of cellular action occurs at physiological pH levels. Due to the closed membrane, the enzyme reaction cannot be carried out efficiently under simulated physiological conditions (pH 7.4). To generate a permeable membrane at a physiological pH value, a new stimulus element must be introduced into existing polymersomes. To self-assemble pH- and light-responsive as well as photo-crosslinked polymersomes, a single azobenzene unit is used as a junction molecule between the hydrophilic and hydrophobic segments of block copolymer. To compare light utilization, block copolymers based on donor-acceptor-substituted azobenzene junction and ether-substituted azobenzene junction were prepared. Besides, the photo-isomerization of novel macroinitiators, block copolymers and polymersomes was also studied to get responsive wavelength ranges of light. The dye release experiments proven the hydrophobic dye on the membrane of polymersomes can release from the membrane under light irradiation. Despite the fact that blue light (400-500 nm) has a higher release efficiency than UV light (365 nm) and ether-substituted azobenzene polymersomes have a slightly higher release efficiency than donor-acceptor-substituted azobenzene polymersomes, the mechanism is still unknown due to the different power of light sources. Furthermore, based on the results of light-driven enzyme reaction, more experiments are required to confirm the light-induced membrane permeability, such as photo-oxidation of substrates and photo-induced deactivation of enzyme. But in general, photo-induced membrane disorder does squeeze the tiny cargo out of the membrane. The single azobenzene unit as the linkage between hydrophilic and hydrophobic block induced membrane pertubation proposes a novel concept in which a trace of azobenzene unit can affect cargo mobility on the membrane of polymersomes and even propagate the fluidity of water molecules to the entire membrane, thereby resulting in membrane permeability. This approach offers a unique framework for the development of biomimetic behaviors under physiological simulated conditions.:Part I Fundamentals 1 Theoretical Background 1.1 Polymersomes 1.1.1 Polymersomes Formation 1.1.2 Self-Assembly Principles of Amphiphilic Block Copolymers (BCPs) 1.1.3 Preparation Methods of Polymersomes 1.1.4 Cargo Loading in Polymersomes 1.2 Clustering Methods of Synthetic Vesicle 1.2.1 Host-Guest Interaction 1.2.2 DNA Hybridization 1.2.3 Copper-Free Click Chemistry 1.3 Stimuli-Responsive Polymersomes with Controllable Membrane Permeability 1.3.1 pH-Responsive Polymersomes 1.3.2 Light-Responsive Polymersomes 2 Motivation and Aim Part II Experiments 3 Materials and Methods 3.1 Materials 3.2 Analytical Methods 4 Clustered pH-Responsive Polymersomes for Enzymatic Cascade Reaction 4.1 Synthetic Methods and Characterization of Block Copolymer (BCP) for Self- Assembly of Polymersomes 4.1.1 Synthesis of Poly(Ethylene Glycol) (PEG) Macroinitiator 4.1.2 Synthesis of Photo-Crosslinker 4.1.3 Synthesis of BCP with Different Terminal Groups 4.1.4 Synthesis of Bis-BCN Poly(ethylene glycol) Crosslinker (BisBCN-PEG) 4.2 Formation of Empty and Loaded Psomes-N3 4.2.1 Formation and Photo-Crosslinking of Empty-Psomes-N3 4.2.2 Preparation of Cy5 Labeled BSA (BSA-Cy5) 4.2.3 Preparation of RhB Labeled Myo (Myo-RhB) 4.2.4 Preparation of Cy5 Labeled GOx (GOx-Cy5) 4.2.5 Formation and Photo-Crosslinking of Loaded Psomes-N3 4.3 Preparation and Purification of Clustered Empty-Psomes-N3 II 4.3.1 Preparation of Clustered Empty-Psomes-N3 at Different Conditions 4.3.2 Optimized Preparation of Clustered Empty-Psomes-N3 4.3.3 Purification Method of Clustered Empty-Psomes-N3 4.3.4 DLS Measurement of the Empty-Psomes-N3 in the Supernatant 4.3.5 Quantification of Removed Psomes-N3 after Centrifugal Purification 4.4 Preparation and Purification of Clustered Enzyme-Psomes-N3: Enzymatic Cascade Reaction 4.4.1 Preparation of Clustered GOx or Myo Loaded Psomes-N3 (GOx-Psomes-N3 or Myo-Psomes-N3) 4.4.2 Enzyme Activity of Myo Samples 4.4.3 Enzyme Activity of GOx Samples 4.5 Preparation and Purification of Co-Clustered Enzyme-Psomes-N3: Enzymatic Cascade Reaction 4.5.1 Preparation of Co-Clustered Myo/GOx-Psomes-N3 4.5.2 Enzyme Activity of Co-Clustered Myo/GOx-Psomes-N3 Samples 5 Light-Driven Enzyme Reaction Based on pH-Responsive Polymersomes 5.1 Synthetic Methods and Characterization of Block Copolymers with Single Azobenzene Unit 5.1.1 Synthesis of Block Copolymer with Donor-Acceptor-Substituted Azobenzene Linkage between Hydrophilic and Hydrophobic Segments (BCP-DA-Azo) 5.1.2 Synthesis of Block Copolymer with Ether Substituted Azobenzene Linkage between Hydrophilic and Hydrophobic Segments (BCP-Azo) 5.2 Photo-Isomerization of Macroinitiator and Block Copolymer with Azobenzene Linkage 5.2.1 Photo-Isomerization of PEG-DA-Azo Macroinitiator Based on Blue Light Irradiation or UV Irradiation 5.2.2 Photo-Isomerization of PEG-Azo Macroinitiator Based on Blue Light Irradiation or UV Irradiation 5.2.3 Photo-Isomerization of BCP-DA-Azo (-) Based on Blue Light Irradiation or UV Irradiation 5.2.4 Photo-Isomerization of BCP-Azo (-) Based on Blue Light Irradiation or UV Irradiation 5.3 Formation and Characterization of Polymersomes with Azobenzene 5.3.1 Self-Assembly of Polymersomes with Azobenzene III 5.3.2 Photo-Isomerization of Psomes-DA-Azo (-) Based on Blue Light Irradiation or UV Irradiation 5.3.3 Photo-Isomerization of Psomes-Azo (-) Based on Blue Light Irradiation or UV Irradiation 5.3.4 Photo-Crosslinking of Polymersomes with Azobenzene 5.3.5 DLS Measurement of Photo-Crosslinked Polymersomes with Azobenzene through pH Titration 5.3.6 Photo-Stability of Polymersomes with Azobenzene 5.3.7 In-Situ Loaded Nile Red in Non-Photo-Crosslinked Polymersomes with Azobenzene (NR-Psomes-DA-Azo (+) or NR-Psomes-Azo (+)) 5.3.8 In-Situ Loaded Myo in Photo-Crosslinked Polymersomes with Azobenzene (Myo-Psomes-DA-Azo (+) or Myo-Psomes-Azo (+)) 5.4 Light-Induced Dye Release from Polymersomes with Azobenzene 5.4.1 Fluorescence Photobleaching of Nile Red under Blue Light or UV Irradiation 5.4.2 Nile Red Release under Blue Light or UV Irradiation 5.5 Light-Driven Enzyme Reaction Based on Polymersomes with Azobenzene Part III Results and Discussions 6 Clustered pH-Responsive Polymersomes for Enzymatic Cascade Reaction 6.1 Aim and Strategy 6.2 Photo-Crosslinked and pH-Responsive Polymersomes 6.2.1 Synthesis and Characterization of Block Copolymers (BCPs) 6.2.2 Formation and Characterization of Polymersomes 6.3 Preparation and Purification of Clustered Empty-Psomes-N3 6.3.1 Key Parameters of Clustering Process 6.3.2 Purification Methods of Clustered Empty-Psomes-N3 6.4 Preparation and Purification of Clustered Empty-Psomes-N3 and Enzyme-Psomes- N3 90 6.4.1 Formation and Characterization of Enzyme in-Situ Loaded Psomes-N3 (Enzyme- Psomes-N3) 6.4.2 Enzyme Location in Polymersomes 6.4.3 Deeper Characterization of Clustered Empty-Psomes-N3 and Clustered Enzyme- Psomes-N3 6.5 Clustered Enzyme-Psomes-N3 for Enzymatic Cascade Reaction 6.5.1 Influence of Enzyme Activity on Clustering Condition IV 6.5.2 Mixed Enzyme-Psomes-N3 for Enzymatic Cascade Reaction 6.5.3 Co-Clustered Enzyme-Psomes-N3 for Enzymatic Cascade Reaction 6.6 Summary 7 Light-Driven Enzyme Reaction Based on pH-Responsive Polymersomes 7.1 Aim and Strategy 7.2 Preparation and Characterization of Light-Responsive Polymersomes 7.2.1 Synthesis and Characterization of BCP with Different Types of Azobenzene Unit 7.2.2 Self-Assembly and Photo-Crosslinking of Light-Responsive Polymersomes 7.2.3 Characterization of Photo-Crosslinked Light-Responsive Polymersomes 7.3 Photo-Isomerization of Azobenzene Containing Polymeric Macromolecules and Vesicles 7.3.1 Photo-Isomerization of Azobenzene Containing PEG Macroinitiators 7.3.2 Photo-Isomerization of Azobenzene Containing BCPs and Polymersomes 7.4 Light-Driven Dye Release from Polymersomes with Azobenzene at Simulated Physiological Conditions 7.4.1 Characterization of In-Situ Nile Red Loaded Polymersomes 7.4.2 Light-Driven Dye Release from Polymersomes at Simulated Physiological Conditions 7.5 Light-Induced Enzyme Reaction in Polymersomes with Azobenzene at Simulated Physiological Conditions 7.5.1 Characterization of Polymersomes in-Situ Loaded Myoglobin 7.5.2 Light-Induced Enzyme Reaction in Polymersomes at Simulated Physiological Conditions 7.6 Summary 8 Conclusion and Outlook Reference List of Figures List of Tables List of Abbreviations and Symbols Appendix Acknowledgements Versicherung

With the explosion of the number of compute nodes, the bottleneck of future computing systems lies in the network architecture connecting the nodes. Addressing the bottleneck requires replacing current backplane-based network topologies. We propose to revolutionize computing electronics by realizing embedded optical waveguides for onboard networking and wireless chip-to-chip links at 200-GHz carrier frequency connecting neighboring boards in a rack. The control of novel rate-adaptive optical and mm-wave transceivers needs tight interlinking with the system software for runtime resource management.

Stromführende Schraubenverbindungen werden als Verbindung zwischen Leitern in elektrischen Komponenten im Automotiv-Bereich sowie im Bereich der Elektroenergietechnik aufgrund der Austauschbarkeit und der Reparaturmöglichkeit bevorzugt eingesetzt. Dabei werden diese Verbindungen insbesondere im Automotiv-Bereich permanent mit statischen bzw. wechselnden Umweltbelastungen beaufschlagt. Abhängig von der geometrischen Gestalt der Komponente, der elektrischen sowie der elektrothermischen und der mechanischen Anforderungen an diese kommen verschiedene Leiterquerschnitte sowie Verbindungsgeometrien zum Einsatz. Die Leiter, die in elektrischen Fahrzeugen eingesetzt werden, haben meistens eine Dicke im Bereich (1…5) mm, da die zu übertragenden Ströme im Vergleich zu den Anwendungen in der Elektroenergietechnik kleiner sind. Insbesondere bei diesen niedrigeren Dicken der Leiter können wechselnde Umweltbelastungen zu einer beschleunigten Alterung der stromführenden Schraubenverbindungen und damit zu einer unzulässigen Erhöhung des Verbindungswiderstands führen. Für die Auslegung von langzeitstabilen stromführenden Schraubenverbindungen müssen daher die Konstruktions- und Montageparameter sowie die Leiter- und Beschichtungswerkstoffe abhängig von den erwarteten Umweltbelastungen aufeinander abgestimmt werden. In dieser Arbeit wurde basierend auf dem Ersatzquerschnitt das Kontaktverhalten stromführender Schraubenverbindungen abhängig von der Leiter- und Schraubengeometrie, vom Bohrloch sowie vom Leiter- und Beschichtungswerkstoff untersucht. Die Ergebnisse wurden mit den Ergebnissen aus früheren Arbeiten für Schraubenverbindungen mit deutlich größeren Dicke des Leiters verglichen und daraus allgemeingültige Mindestflächen-pressungen für ein gutes Kontaktverhalten hergeleitet. Dabei wurden Leiter aus Cu-ETP, AlMgSi und AlMgSi0,5 T7 und die Beschichtungswerkstoffe Zinn, Silber und Nickel-Phosphor betrachtet. Unterkopfreibwerte und Setzbeträge wurden abhängig vom Leiter- und Beschichtungswerkstoff, der Schraubenunterkopfform, der Drehzahl und dem Anzugsverfahren bestimmt und mit den Werten aus dem VDI 2230-1 verglichen. Zusätzlich wurde der Einfluss der Temperatur auf das Setzen in Schraubenverbindungen untersucht. Der Einfluss der Temperatur auf das Werkstoffverhalten von Cu-ETP R240, Cu-OFE R240, Cu-HCP R240, CuFe0,1P und CuFe2P sowie Al99,5 O, Al99,5 H14, AlMgSi und AlMgSi0,5 T7 wurde mittels der Grenzflächenpressung und der Härte bewertet. Für ausgewählte Schraubenverbindungen mit Leitern aus Aluminium- bzw. Kupferleiterwerkstoffen wurde der Einfluss der Temperatur (bis 180 °C) auf das Vorspannkraft- und Langzeitverhalten untersucht. Damit wurden die Grenztemperaturen für diese Leiterwerkstoffe bestimmt. Abhängig von der Montagevorspannkraft sowie der Leiter- und Schraubengeometrie wurde der Einfluss des Temperaturschocks und von Vibrationen auf das Langzeitverhalten stromführender Schraubenverbindungen untersucht. Darauf aufbauend wurden die oberflächenspezifischen Mindestflächenpressungen für ein gutes Langzeitverhalten hergeleitet. Bei einigen Werkstoffpaarungen wurde die Eignung auf Wiederholmontage untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden Anhaltspunkte für die konstruktive Auslegung, die Montage und das Prüfen von langzeitstabilen stromführenden Schraubenverbindungen, insbesondere im Automotiven-Bereich.:1 Einleitung 2 Stand der Erkenntnisse 2.1 Kontakttheorie bei Schraubenverbindungen 2.2 Ersatzquerschnitt und Mindestflächenpressung 2.3 Kontaktoberfläche und Beschichtungswerkstoffe 2.4 Thermomechanisches Verhalten der Leiterwerkstoffe 2.4.1 Grenzflächenpressung 2.4.2 Entfestigen und Kriechen von Aluminium- und Kupferleiterwerkstoffen 2.5 Grundlagen der Schraubenmontage 2.6 Alterung Stromführender Schraubenverbindungen 2.7 Vorspannkraftabbau bei Schraubenverbindungen bei statischen und wechselnden Belastungen 3 Aufgabenstellung 4 Kontaktverhalten von Schraubenverbindungen mit kleinen Leiterquerschnitten 4.1 Geometrische Parameter der Verbindungen und Werkstoffe 4.2 Bestimmen des temperaturäquivalenten Gütefaktors 4.3 Analytische, numerische und experimentelle Modelle zur Bestimmung der mechanisch tragenden Kontaktfläche 4.3.1 Modellbildung und Versuchsdurchführung 4.3.2 Einfluss der Klemmlänge und der Schraubengröße auf den Ersatzquerschnitt und auf die maximale mechanische Spannung 4.3.3 Einfluss der Schraubenunterkopfauflage und des Bohrlochs auf die mechanische Spannung 4.4 Experimentelles Ermitteln der Mindestflächenpressung für verschiedene Werkstoffpaarungen 4.4.1 Versuchsplan, Versuchsaufbau und Auswertungsmethodik 4.4.2 Vergleichbarkeit der Untersuchungsergebnisse verschiedener Messmethoden 4.4.3 Einfluss des Beschichtungs- und Leiterwerkstoffes auf das Kontaktverhalten 4.4.4 Einfluss der Verbindungsgeometrie 4.5 Übertragbarkeit der Parameter auf große Dicke des Leiters 4.6 Montage-Parameter 4.6.1 Reibwertuntersuchung verschiedener Leiter- und Beschichtungswerkstoffe 4.6.2 Einfluss der Reibung auf die Montagevorspannkraft 4.6.3 Ermitteln des zeitunabhängigen Setzverhaltens beschichteter Aluminium- und Kupferleiter 4.6.4 Einfluss der Temperatur auf das Setzverhalten beschichteter Leiter 5 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen unter thermischer Dauer- und Wechselbelastung sowie unter Schwingungsbelastung 5.1 Temperatur- und zeitabhängiges Verhalten der Leiterwerkstoff-Kennwerte 5.1.1 Versuchsaufbau und Auswertungsmethodik zum Bestimmen der Grenzflächenpressung 5.1.2 Versuchsergebnisse 5.2 Temperatur- und zeitabhängiges Vorspannkraftverhalten 5.2.1 Versuchsaufbauten und Beschreiben der Messprinzipien 5.2.2 Versuchsergebnisse zum Einfluss der Temperatur und der Montagevorspannkraft auf das Vorspannkraftverhalten und den Verbindungswiderstand 5.2.3 Abschätzen der Restvorspannkraft während der Belastungsdauer im Fahrzeug 5.3 Elektrisches Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen unter thermischer Dauer- und Wechsellast 5.3.1 Einfluss der additiven Belastung und der Belastungsreihenfolge auf das Langzeitverhalten stromführender Schraubenverbindungen 5.3.2 Einfluss des Schraubenunterkopfs und des Bohrlochs auf das Langzeitverhalten stromführender Schraubenverbindungen 5.3.3 Langzeitverhalten stromführender Schraubenverbindungen abhängig von der Auslagerungstemperatur 5.4 Elektrisches Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen unter Schwingungsbelastung 5.4.1 Versuchsaufbau und –durchführung 5.4.2 Einfluss der Anregungsart und der Belastungsrichtung auf das Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit nicht beschichteten Leitern 5.4.3 Einfluss der Vibration auf das Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit beschichteten Leitern 5.5 Kontakt- und Langzeitverhalten bei Wiederholmontage 6 Zusammenfassung 7 Ausblick 8 Literatur 9 Abbildungsverzeichnis 10 Tabellenverzeichnis 11 Anhang / Electrical bolted joints are preferred for connecting conductors and electrical components in the automotive sector as well as in the field of electrical energy technology due to their interchangeability and the possibility of repair. In the automotive sector in particular, these joints are permanently exposed to static or changing environmental loads. Different conductor cross-sections and connection geometries are used depending on the geometric shape of the component, the electrical as well as the electrothermal and mechanical requirements. The conductors that are used in electric vehicles usually have a thickness in the range (1…5) mm, since the currents to be transmitted are smaller in comparison to the applications in electrical power engineering. Particularly with these lower thicknesses, changing environmental loads can lead to accelerated aging of the Electrical bolted joints and thus to an impermissible increase in the connection resistance. For the design of long-term stable Electrical bolted joints, the construction and assembly parameters as well as the conductor and coating materials must therefore be coordinated with one another depending on the expected environmental loads. In this work, based on the equivalent cross-section, the contact behavior of electrical bolted joints depending on the conductor and screw geometry, the hole diameter and the conductor and coating material was investigated. The results were compared with the results from earlier work for bolted joints with a significantly larger conductor thickness and generally applicable minimum surface pressures for good contact behavior were derived from them. Conductors made of Cu-ETP, AlMgSi and AlMgSi0.5 T7 and with the coating materials tin, silver and nickel-phosphorus were examined. Under-head friction values and settling amounts were determined depending on the conductor and coating material, the screw under-head shape, the speed and the tightening method and compared with the values in VDI 2230-1. In addition, the influence of temperature on the setting in bolted joints was investigated. The influence of temperature on the material behavior of Cu-ETP R240, Cu-OFE R240, Cu HCP R240, CuFe0.1P and CuFe2P as well as Al99.5 O, Al99.5 H14, AlMgSi and AlMgSi0.5 T7 was determined by means of the compressive yield point and rated by hardness. For selected bolted joints with aluminum or copper conductor materials, the influence of temperature (up to 180 °C) on the preload force and long-term behavior was investigated. The limit temperatures of these conductor materials were thus determined. The influence of temperature shock and vibration on the long-term behavior of electrical bolted joints was investigated depending on the assembly preload, the conductor and screw geometry. Based on this, the conductor surface-specific minimum surface pressures for good long-term behavior were derived. With some contact pairings, the suitability for repeat assembly was examined. The knowledge gained forms reference points for the structural design, assembly and testing of long-term stable electrical bolted joints, especially in the automotive sector.:1 Einleitung 2 Stand der Erkenntnisse 2.1 Kontakttheorie bei Schraubenverbindungen 2.2 Ersatzquerschnitt und Mindestflächenpressung 2.3 Kontaktoberfläche und Beschichtungswerkstoffe 2.4 Thermomechanisches Verhalten der Leiterwerkstoffe 2.4.1 Grenzflächenpressung 2.4.2 Entfestigen und Kriechen von Aluminium- und Kupferleiterwerkstoffen 2.5 Grundlagen der Schraubenmontage 2.6 Alterung Stromführender Schraubenverbindungen 2.7 Vorspannkraftabbau bei Schraubenverbindungen bei statischen und wechselnden Belastungen 3 Aufgabenstellung 4 Kontaktverhalten von Schraubenverbindungen mit kleinen Leiterquerschnitten 4.1 Geometrische Parameter der Verbindungen und Werkstoffe 4.2 Bestimmen des temperaturäquivalenten Gütefaktors 4.3 Analytische, numerische und experimentelle Modelle zur Bestimmung der mechanisch tragenden Kontaktfläche 4.3.1 Modellbildung und Versuchsdurchführung 4.3.2 Einfluss der Klemmlänge und der Schraubengröße auf den Ersatzquerschnitt und auf die maximale mechanische Spannung 4.3.3 Einfluss der Schraubenunterkopfauflage und des Bohrlochs auf die mechanische Spannung 4.4 Experimentelles Ermitteln der Mindestflächenpressung für verschiedene Werkstoffpaarungen 4.4.1 Versuchsplan, Versuchsaufbau und Auswertungsmethodik 4.4.2 Vergleichbarkeit der Untersuchungsergebnisse verschiedener Messmethoden 4.4.3 Einfluss des Beschichtungs- und Leiterwerkstoffes auf das Kontaktverhalten 4.4.4 Einfluss der Verbindungsgeometrie 4.5 Übertragbarkeit der Parameter auf große Dicke des Leiters 4.6 Montage-Parameter 4.6.1 Reibwertuntersuchung verschiedener Leiter- und Beschichtungswerkstoffe 4.6.2 Einfluss der Reibung auf die Montagevorspannkraft 4.6.3 Ermitteln des zeitunabhängigen Setzverhaltens beschichteter Aluminium- und Kupferleiter 4.6.4 Einfluss der Temperatur auf das Setzverhalten beschichteter Leiter 5 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen unter thermischer Dauer- und Wechselbelastung sowie unter Schwingungsbelastung 5.1 Temperatur- und zeitabhängiges Verhalten der Leiterwerkstoff-Kennwerte 5.1.1 Versuchsaufbau und Auswertungsmethodik zum Bestimmen der Grenzflächenpressung 5.1.2 Versuchsergebnisse 5.2 Temperatur- und zeitabhängiges Vorspannkraftverhalten 5.2.1 Versuchsaufbauten und Beschreiben der Messprinzipien 5.2.2 Versuchsergebnisse zum Einfluss der Temperatur und der Montagevorspannkraft auf das Vorspannkraftverhalten und den Verbindungswiderstand 5.2.3 Abschätzen der Restvorspannkraft während der Belastungsdauer im Fahrzeug 5.3 Elektrisches Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen unter thermischer Dauer- und Wechsellast 5.3.1 Einfluss der additiven Belastung und der Belastungsreihenfolge auf das Langzeitverhalten stromführender Schraubenverbindungen 5.3.2 Einfluss des Schraubenunterkopfs und des Bohrlochs auf das Langzeitverhalten stromführender Schraubenverbindungen 5.3.3 Langzeitverhalten stromführender Schraubenverbindungen abhängig von der Auslagerungstemperatur 5.4 Elektrisches Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen unter Schwingungsbelastung 5.4.1 Versuchsaufbau und –durchführung 5.4.2 Einfluss der Anregungsart und der Belastungsrichtung auf das Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit nicht beschichteten Leitern 5.4.3 Einfluss der Vibration auf das Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit beschichteten Leitern 5.5 Kontakt- und Langzeitverhalten bei Wiederholmontage 6 Zusammenfassung 7 Ausblick 8 Literatur 9 Abbildungsverzeichnis 10 Tabellenverzeichnis 11 Anhang

The desire of builders and architects of maximum transparency and homogeneous surfaces in glass façades and glass structures extends to interior all-glass applications such as glass partitions or all-glass doors. In conventional glass systems the interconnections are performed by eye-catching fittings and clamping details that reduce the transparency and disturb the aesthetics. Novel glass–plastic-composite panels show a significantly reduced self-weight by composition of a polymer polymethylmethacrylate (PMMA) interlayer core and cover layers of thin glass. The innovative composites show high structural performance with optical properties of conventional glass. The panels allow for a direct connection into the thick PMMA interlayer core with the supporting structure or other panels. Such an integrated connection design reduces stress concentrations and allows for the development of small and unobtrusive fittings. Different integrated connections for the glass–plastic-composite panels have been designed and investigated. This article presents an experimental study on different connections, such as mechanically fastened and adhesively integrated, tested under tensile loading. Based on video analyses, crack progressions and failure mechanisms are evaluated and discussed in detail. The tests investigate temperature effects as well as the influence of the interlayer core thickness and glass type of the cover layers in varying build-ups. The comprehensive evaluation includes a description of the mechanical load-bearing behaviour in form of load versus displacement graphs as well as an investigation of crack progression and failure mechanisms for the final assessment. The results from this experimental study elucidate the structural characteristics of integrated connections in glass–plastic-composite panels under tensile loading and represent a basis for the ongoing development of real application fittings.

In dieser Arbeit werden systematisch die bisher unerforschten grundlegenden physikalischen und chemischen Eigenschaften von DNA-Origami untersucht, die die Stabilität dieser aus doppelsträngiger DNA aufgebauten nanoskopischen Suprastrukturen bestimmen. In Analogie zu den zahlreichen Studien, die sich mit der Stabilität von Proteinen durch kontrollierte Denaturierung beschäftigen, spielen auch in dieser Arbeit die Denaturierungsbedingungen eine zentrale Rolle. Unter Verwendung von Guanidinium (Gdm+) als teilweise DNA-stabilisierendes, aber auch potentiell denaturierendes Kation steht dessen Wirkung auf DNA-Origami-Dreiecke im Mittelpunkt der Untersuchungen, wobei insbesondere die unerwartete Modulation der nanoskopischen Schädigung von DNA-Origami durch die begleitenden Gegenanionen zu Gdm+ im Vordergrund steht. Die Experimente zielen darauf ab, atomistische, molekulare, nanoskopische und thermodynamische Eigenschaften von DNA-Origami zu korrelieren und zu klären, wie diese vom Design des DNA-Origami selbst abhängen können. Die Ergebnisse zeigen einen unerwarteten Zusammenhang zwischen den spezifischen Gegenanionen des Denaturierungsmittels und der Stabilität der DNA-Origami-Dreiecke: Sulfat wirkt stabilisierend, während Chlorid die Superstruktur bereits unterhalb der globalen Schmelztemperatur destabilisiert. Statistische Analysen von Rasterkraftmikroskop (AFM)-Bildern und Zirkulardichroismus (CD)-Spektren zeigen Strukturübergänge auf nano-skopischer bzw. molekularer Ebene. Werden diese Techniken mit thermischer Denaturierung in Gegenwart von schwacher bis starker chemischer Denaturierung kombiniert, so zeigt sich, dass Änderungen der Wärmekapazität (ΔCp) während der strukturellen Veränderungen der DNA-Originale eine Schlüsselrolle bei der Bestimmung ihrer Empfindlichkeit gegenüber Temperatur und Denaturierungsmitteln spielen. Die Daten deuten darauf hin, dass Wasser auf apolaren DNA-Origami-Oberflächen der molekulare Ursprung der abgeleiteten Wärme-kapazitätsänderungen ist. Diese Hypothese wird durch Molekulardynamik-Simulationen (MD) unterstützt, die die Modulation von ΔCp durch die Hydratationshüllen der Anionen zeigen. Ihr unterschiedliches Potential, stabile Ionenpaare mit Gdm+ in konzentrierten Salzlösungen zu bilden, kann die experimentell beobachteten Variationen der strukturellen Stabilität erklären. Die Kopplung von strukturellen Übergängen an ΔCp wird somit als Schlüsselfaktor für die Destabilisierung von DNA-Origami sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Temperaturen identifiziert. Darüber hinaus weisen DNA-Origami nicht nur diese Eigenschaft auf, sondern ermöglichen auch die Beobachtung von kalten Denaturierungsprozessen auf nanoskopischer Ebene, bei denen kälteinduzierte Spannungen innerhalb der Superstruktur bei einem Bruch an vorherbestimmten lokalen Stellen freigesetzt werden, die in AFM-Bildern sichtbar sind. Dies ist die erste Beobachtung der kälteinduzierten Denaturierung von Nukleinsäuren bei Temperaturen über 0 °C sowie von DNA-basierten Superstrukturen. In dieser Arbeit wird die strukturelle Stabilität von sechs verschiedenen 2D- und 3D-DNA-Origami-Nanostrukturen in unterschiedlichen chemischen Umgebungen untersucht. Drei chaotrope Salze - Guanidiniumsulfat (Gdm2SO4), Guanidiniumchlorid (GdmCl) und Tetrapropylammoniumchlorid (TPACl) - werden als Denaturierungsmittel verwendet. Mittels Rasterkraftmikroskopie wird die Integrität der Nanostrukturen quantifiziert, wobei sich Gdm2SO4 als das schwächste und TPACl als das stärkste Denaturierungsmittel für DNA-Origami erweist, was sich auch in den Schmelztemperaturen widerspiegelt. Die Abhängigkeit der DNA-Origami-Stabilität von der Superstruktur wird besonders bei 3D-Nanostrukturen deutlich. Hier zeigen mechanisch flexible Designs sowohl in GdmCl als auch in TPACl eine höhere Stabilität als ihre starren Gegenstücke. Die Abhängigkeit der DNA-Origami-Stabilität von der Superstruktur wird besonders in 3D-Nanostrukturen deutlich, in denen mechanisch flexible Strukturen sowohl in GdmCl als auch in TPACl eine höhere Stabilität aufweisen als ihre steifen Gegenstücke. Dies begünstigt die Bildung von intramolekularen Verformungen, die sich entweder in 'weichen' Architekturen über die gesamte Superstruktur verteilen oder in ansonsten 'steifen' Strukturen in den weniger stabilen Regionen konzentrieren.:Table of contents Questions addressed in this thesis .................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................ I Englisch .................................................................................................................................................. I Deutsch .................................................................................................................................................. II Acronyms ........................................................................................................................... III Substances .......................................................................................................................................... IV Physical and Chemical abbreviations ............................................................................................... IV Mathematical abbreviations ................................................................................................................ V 1 Introduction ................................................................................................................. 1 1.1 Deoxyribonucleic acid ................................................................................................................. 1 1.1.1 The structure of DNA ............................................................................................................ 1 1.1.2 Hydrogen bonds .................................................................................................................... 1 1.1.3 Base stacking ........................................................................................................................ 2 1.1.4 Water DNA interactions: A complex dance of stability and dynamics .................................. 5 1.1.5 The effect of ionic strength on DNA conformation ................................................................ 9 1.1.6 Conformational changes ....................................................................................................... 9 1.1.7 Forms of DNA ..................................................................................................................... 10 1.1.8 The role of apolar groups in DNA unfolding ........................................................................ 13 1.1.9 Energetics of DNA structural transitions ............................................................................. 14 1.1.10 Melting temperature ............................................................................................................ 15 1.2 Hofmeister series ....................................................................................................................... 17 1.2.1 Probing the Hofmeister series: Salt effects biomolecules ................................................... 17 1.2.2 Specific ion effects in electrolyte solutions .......................................................................... 19 1.3 DNA nanostructures................................................................................................................... 20 1.3.1 DNA origami ........................................................................................................................ 22 1.3.2 Challenges in DNA origami stability .................................................................................... 26 1.3.3 DNA origami in single molecule studies .............................................................................. 27 1.4 Circular dichroism ...................................................................................................................... 28 1.4.1 Circular dichroism spectroscopy for analyzing DNA conformations ................................... 30 1.4.2 Wavelength-dependent spectroscopic signatures of DNA conformation ........................... 32 1.5 Atomic force microscopy .......................................................................................................... 34 1.6 2D correlation spectroscopy ..................................................................................................... 36 1.6.1 2D correlation spectroscopy: Synchronous and asynchronous spectra analysis ............... 39 1.6.2 Perturbation-correlation moving-window 2D correlation spectroscopy ............................... 40 1.7 Multivariate analysis of spectral data using PCA and ITTFA ................................................ 41 1.8 Cold denaturation ....................................................................................................................... 42 2 Results and Discussion ............................................................................................ 44 2.1 Cold denaturation of the Rothemund DNA origami triangle .................................................. 45 2.2 Heat denaturation of the Rothemund DNA origami triangle .................................................. 50 2.2.1 Investigations by atomic force microscopy ......................................................................... 51 2.2.2 Circular dichroism spectroscopy and thermodynamic modelling ........................................ 56 2.2.3 Divergent effects of Cl- and SO42- on DNA origami stability ................................................ 62 2.3 Magnesium concentration modulation of DNA Origami heat denaturation ......................... 65 2.4 Assessing DNA origami stability in different chaotropic environments .............................. 66 2.4.1 DNA origami integrity influenced by Gdm2SO4 ................................................................... 67 2.4.2 DNA origami integrity influenced by GdmCl ........................................................................ 73 2.4.3 DNA origami integrity influenced by TPACl ........................................................................ 75 2.4.4 Quantitative comparison ..................................................................................................... 77 3 Critics ......................................................................................................................... 78 4 Conclusion ................................................................................................................. 79 5 Outlook ...................................................................................................................... 81 6 Material and Methods ................................................................................................ 82 6.1 DNA origami synthesis .............................................................................................................. 82 6.2 Sample preparation and AFM imaging ..................................................................................... 82 6.2.1 Anion-specific structure and stability of guanidinium-bound DNA origami & Cold denaturation of DNA origami nanostructures ...................................................................... 82 6.2.2 Superstructure-dependent stability of DNA origami nanostructures in the presence of chaotropic denaturants ........................................................................................................ 83 6.2.3 Cold denaturation of DNA origami nanostructures ............................................................. 83 6.3 CD spectroscopy and analysis ................................................................................................. 84 6.3.1 Anion-specific structure and stability of guanidinium-bound DNA origami ......................... 84 6.3.2 Pre-treatment of the CD data and calculation of melting temperatures .............................. 84 6.3.3 Cold denaturation of DNA origami nanostructures ............................................................. 84 6.3.4 Superstructure-dependent stability of DNA origami nanostructures in the presence of chaotropic denaturants ........................................................................................................ 84 6.4 Principal component analysis and iterative target test factor analysis ............................... 85 6.5 Thermodynamic modelling ........................................................................................................ 85 6.6 Molecular dynamics modelling ................................................................................................. 85 Appendix ........................................................................................................................... 88 Acknowledgment ............................................................................................................ 100 Bibliography .................................................................................................................... 101 List of Figures ................................................................................................................. 116 List of Tables ................................................................................................................... 118 Declaration of independence – Selbstständigkeitserklärung ...................................... 119 / This thesis undertakes the systematic study of hitherto unexplored fundamental physical and chemical properties of DNA origami that determine the stability of these designed nanoscopic superstructural assemblies of double-stranded DNA. In analogy to the vast number of studies addressing protein stability by controlled denaturation, denaturing conditions play a central role in this thesis as well. Using guanidinium (Gdm+) as a partly DNA-stabilizing but also potentially denaturing cation, its effect on DNA origami triangles is central to the study which particularly addressed the unexpected modulation of nanoscopic damage of DNA origami by the accompanying counter-anions to Gdm+. The experiments aim at correlating atomistic, molecular, nanoscopic and thermodynamic properties of DNA origami and at elucidating how these may depend on the DNA origami design itself. The results demonstrate an unexpected relationship between the specific counter-anions of the denaturant and the stability of DNA origami triangles: sulphate exhibits stabilizing effects and chloride induces destabilization of the superstructure already below the global melting temperature. Statistical analyses of both atomic force microscopy (AFM) images and circular dichroism (CD) spectra reveal structural transitions at the nanoscopic and molecular level, respectively. Combining these techniques with thermal denaturation in the presence of mild to strong chemical denaturation, changes in heat capacity (ΔCp) during DNA origami structural changes are shown to play the key role in determining their sensitivity to temperature and denaturants. The data suggest that water at apolar DNA origami surfaces is the molecular origin of the derived heat capacity changes. This hypothesis is substantiated by Molecular Dynamics (MD) simulations which shed light on the modulation of ΔCp by the hydration shells of anions. Their different potential to form stable ion pairs with Gdm+ in concentrated salt solutions can explain the experimentally observed variations of structural stability. The coupling of structural transitions to ΔCp is thus identified as a key factor in the destabilization of DNA origami at both elevated and lowered temperatures. Furthermore, DNA origami not only exhibit this property, but also enable the observation of cold denaturation processes at the nanoscopic level, where cold-induced strain within the superstructure is released upon breakage at predisposed local sites, visible in AFM images. This is the first observation of cold-induced denaturation of nucleic acids at temperatures above 0 °C, as well of DNA-based superstructures. Extending the scope, the work evaluates the structural stability of six different 2D and 3D DNA origami nanostructures in different chemical environments. Three chaotropic salts - guanidinium sulfate (Gdm2SO4), guanidinium chloride (GdmCl), and tetrapropylammonium chloride (TPACl) - are used as denaturants. Atomic force microscopy quantifies the nanostructural integrity, revealing Gdm2SO4 as the weakest and TPACl as the strongest DNA origami denaturant, which is also reflected in the melting temperatures. The dependence of DNA origami stability on its superstructure is particularly evident in 3D nanostructures, where mechanically flexible designs exhibit higher stability in both GdmCl and TPACl than rigid counterparts. This supports the buildup of intramolecular strain, which becomes either partitioned among the entire superstructure in “soft” architectures or accumulates at the least stable regions in otherwise “rigid” designs.:Table of contents Questions addressed in this thesis .................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................ I Englisch .................................................................................................................................................. I Deutsch .................................................................................................................................................. II Acronyms ........................................................................................................................... III Substances .......................................................................................................................................... IV Physical and Chemical abbreviations ............................................................................................... IV Mathematical abbreviations ................................................................................................................ V 1 Introduction ................................................................................................................. 1 1.1 Deoxyribonucleic acid ................................................................................................................. 1 1.1.1 The structure of DNA ............................................................................................................ 1 1.1.2 Hydrogen bonds .................................................................................................................... 1 1.1.3 Base stacking ........................................................................................................................ 2 1.1.4 Water DNA interactions: A complex dance of stability and dynamics .................................. 5 1.1.5 The effect of ionic strength on DNA conformation ................................................................ 9 1.1.6 Conformational changes ....................................................................................................... 9 1.1.7 Forms of DNA ..................................................................................................................... 10 1.1.8 The role of apolar groups in DNA unfolding ........................................................................ 13 1.1.9 Energetics of DNA structural transitions ............................................................................. 14 1.1.10 Melting temperature ............................................................................................................ 15 1.2 Hofmeister series ....................................................................................................................... 17 1.2.1 Probing the Hofmeister series: Salt effects biomolecules ................................................... 17 1.2.2 Specific ion effects in electrolyte solutions .......................................................................... 19 1.3 DNA nanostructures................................................................................................................... 20 1.3.1 DNA origami ........................................................................................................................ 22 1.3.2 Challenges in DNA origami stability .................................................................................... 26 1.3.3 DNA origami in single molecule studies .............................................................................. 27 1.4 Circular dichroism ...................................................................................................................... 28 1.4.1 Circular dichroism spectroscopy for analyzing DNA conformations ................................... 30 1.4.2 Wavelength-dependent spectroscopic signatures of DNA conformation ........................... 32 1.5 Atomic force microscopy .......................................................................................................... 34 1.6 2D correlation spectroscopy ..................................................................................................... 36 1.6.1 2D correlation spectroscopy: Synchronous and asynchronous spectra analysis ............... 39 1.6.2 Perturbation-correlation moving-window 2D correlation spectroscopy ............................... 40 1.7 Multivariate analysis of spectral data using PCA and ITTFA ................................................ 41 1.8 Cold denaturation ....................................................................................................................... 42 2 Results and Discussion ............................................................................................ 44 2.1 Cold denaturation of the Rothemund DNA origami triangle .................................................. 45 2.2 Heat denaturation of the Rothemund DNA origami triangle .................................................. 50 2.2.1 Investigations by atomic force microscopy ......................................................................... 51 2.2.2 Circular dichroism spectroscopy and thermodynamic modelling ........................................ 56 2.2.3 Divergent effects of Cl- and SO42- on DNA origami stability ................................................ 62 2.3 Magnesium concentration modulation of DNA Origami heat denaturation ......................... 65 2.4 Assessing DNA origami stability in different chaotropic environments .............................. 66 2.4.1 DNA origami integrity influenced by Gdm2SO4 ................................................................... 67 2.4.2 DNA origami integrity influenced by GdmCl ........................................................................ 73 2.4.3 DNA origami integrity influenced by TPACl ........................................................................ 75 2.4.4 Quantitative comparison ..................................................................................................... 77 3 Critics ......................................................................................................................... 78 4 Conclusion ................................................................................................................. 79 5 Outlook ...................................................................................................................... 81 6 Material and Methods ................................................................................................ 82 6.1 DNA origami synthesis .............................................................................................................. 82 6.2 Sample preparation and AFM imaging ..................................................................................... 82 6.2.1 Anion-specific structure and stability of guanidinium-bound DNA origami & Cold denaturation of DNA origami nanostructures ...................................................................... 82 6.2.2 Superstructure-dependent stability of DNA origami nanostructures in the presence of chaotropic denaturants ........................................................................................................ 83 6.2.3 Cold denaturation of DNA origami nanostructures ............................................................. 83 6.3 CD spectroscopy and analysis ................................................................................................. 84 6.3.1 Anion-specific structure and stability of guanidinium-bound DNA origami ......................... 84 6.3.2 Pre-treatment of the CD data and calculation of melting temperatures .............................. 84 6.3.3 Cold denaturation of DNA origami nanostructures ............................................................. 84 6.3.4 Superstructure-dependent stability of DNA origami nanostructures in the presence of chaotropic denaturants ........................................................................................................ 84 6.4 Principal component analysis and iterative target test factor analysis ............................... 85 6.5 Thermodynamic modelling ........................................................................................................ 85 6.6 Molecular dynamics modelling ................................................................................................. 85 Appendix ........................................................................................................................... 88 Acknowledgment ............................................................................................................ 100 Bibliography .................................................................................................................... 101 List of Figures ................................................................................................................. 116 List of Tables ................................................................................................................... 118 Declaration of independence – Selbstständigkeitserklärung ...................................... 119

In this paper, we generalize the notions of polymorphisms and invariant relations to arbitrary categories. This leads us to a Galois connection that coincides with the classical case from universal algebra if the underlying category is the category of sets, but remains applicable no matter how the category is changed. In analogy to the situation in universal algebra, we characterize the Galois closed classes by local closures of clones of operations and local closures of what we will introduce as clones of (generalized) relations. Since the approach is built on purely category-theoretic properties, we will also discuss the dualization of our notions.

Der Vortrag beschreibt, wie mittels des Kontaktmodells mit endlicher Reibung in Creo Simulate 3.0 ein Schwungrad mit axial verschraubtem mit Kegel-Presssitz berechnet werden kann. Da in Creo Simulate 3.0 des Softwareentwicklers PTC das Kontaktmodell mit endlicher Reibung nur für die Theorie großer Verformungen implementiert ist, nicht jedoch für einfache Analysen mit kleinen Deformationen, muss der Anwender einige softwareseitige Einschränkungen geschickt umgehen. Es werden Vorgehensweisen vorgeschlagen, wie der Anwender dies bewerkstelligen kann. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Modellierung von Schrauben sowie der Einstellung der Schraubenvorspannung. Rechenergebnisse des Programms werden mit analytischen Lösungen verglichen. / The presentation describes how to analyze a flywheel with axially bolted hub-shaft- connection using a conical press fit with help of the finite friction contact model in Creo Simulate 3.0. Since Creo Simulate 3.0 from PTC offers a finite friction contact model implementation just for large displacement analysis, but not for simple analyses with small displacements, the user has to work around a couple of code specific limitations. Best practices are proposed how to do this. Special attention is paid on bolt modeling and preload adjustment. Analysis results are compared with analytical solutions.

In this paper, we generalize the notions of polymorphisms and invariant relations to arbitrary categories. This leads us to a Galois connection that coincides with the classical case from universal algebra if the underlying category is the category of sets, but remains applicable no matter how the category is changed. In analogy to the situation in universal algebra, we characterize the Galois closed classes by local closures of clones of operations and local closures of what we will introduce as clones of (generalized) relations. Since the approach is built on purely category-theoretic properties, we will also discuss the dualization of our notions.

In Deutschland und Europa ist im Zuge der Energiewende erforderlich, mehr Elektroenergie mit bestehenden Freileitungen zu transportieren. Eine technische Lösung, mit der dieses Ziel erreicht werden kann, ist das Umbeseilen der Freileitung mit Hochtemperatur-Leiterseilen mit geringem Durchhang (High Temperature Low Sag – HTLS conductors). Diese Leiterseile haben gegenüber konventionellen Leiterseilen (z. B. Aluminium/Stahl-Leiterseilen) höhere Bemessungsströme und temperaturen. Die stromführenden Verbindungen mit HTLS-Leiterseilen werden damit ebenfalls höher thermisch belastet. Diese sind für den zuverlässigen und sicheren Betrieb der Freileitung sehr wichtige Betriebsmittel. Neben anderen Verbindungstechnologien hat sich bei den stromführenden Verbindungen mit konventionellen Leiterseilen das Sechskantpressen seit Jahrzehnten bewährt. Aus der Literatur sind fast ausschließlich empirische Untersuchungen mit dieser Verbindungstechnologie bekannt. Das elektrische Kontaktverhalten von Pressverbindungen wurde bisher nur unzureichend untersucht. In dieser Arbeit wird dazu ein elektrisches Modell vorgestellt und weiterentwickelt, mit dem das elektrische Kontaktverhalten von Pressverbindungen genauer beschrieben werden kann. Weiterhin werden prinzipielle Zusammenhänge zwischen der Stromverteilung in den Kontaktpartnern und deren Einfluss auf den Verbindungswiderstand dargestellt. Als Ergebnis von theoretischen und experimentellen Untersuchungen konnten allgemeine Empfehlungen für das Dimensionieren von Pressverbindungen mit konventionellen und HTLS-Leiterseilen erarbeitet werden. Aus der prinzipiellen Funktionsweise einer Pressverbindung ist bekannt, dass der Form-, der Kraft- und der Stoffschluss in der Verbindung das elektrische Kontaktverhalten beeinflussen. Insbesondere der Kraftschluss wurde in der Literatur bislang nur näherungsweise berechnet. In den bekannten analytischen Modellen werden die Geometrie der Kontaktpartner sowie das Werkstoffverhalten vereinfacht und die mechanischen Belastungen beim Fügen der Verbindung nicht genau genug berücksichtigt. Aus den genannten Gründen wurde das Fügen von Pressverbindungen mit mehrdrähtigen Leiterseilen mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) berechnet. Die Press- und Kontaktkräfte konnten damit für alle Kontaktflächen in einer Verbindung ermittelt werden. Es konnte gezeigt werden, dass insbesondere hohe Press- und Kontaktkräfte die Ursache für ein gutes elektrisches Kontaktverhalten einer Pressverbindung sind. Die physikalischen Ursachen dieses Zusammenhangs werden diskutiert. Das Langzeitverhalten von Pressverbindungen mit Verbund-Leiterseilen wurde experimentell untersucht. Die Ergebnisse der durchgeführten Langzeitversuche zeigen den Einfluss der Kontaktkraft im elektrischen Langzeitverhalten qualitativ auf. Bei den Pressverbindungen, für die nur sehr geringe Kontaktkräfte berechnet wurden, war das elektrische Langzeitverhalten weniger stabil. / In Germany and in Europe it is due to the “Energiewende” necessary to transmit more electrical ener-gy with existing overhead transmission lines. One possible technical solution to reach this aim is the use of high temperature low sag conductors (HTLS-conductors). Compared to the common Aluminium Conductor Steel Reinforced (ACSR), HTLS-conductors have higher rated currents and rated tempera-tures. Thus the electrical connections for HTLS-conductors are stressed to higher temperatures too. These components are most important for the safe and reliable operation of an overhead transmission line. Besides other connection technologies, hexagonal compression connections with ordinary transmis-sion line conductors have proven themselves since decades. From the literature, mostly empirical stud-ies with electrical tests for compression connections are known. The electrical contact behaviour, i.e. the quality of the electrical contact after assembly, of these connections has been investigated insuffi-ciently. This work presents and enhances an electrical model of compression connections, so that the electrical contact behaviour can be determined more accurate. Based on this, principal considerations on the current distribution in the compression connection and its influence on the connection re-sistance are presented. As a result from the theoretical and the experimental work, recommendations for the design of hexagonal compression connections for transmission line conductors were devel-oped. Furthermore it is known from the functional principle of compression type connections, that the elec-trical contact behaviour can be influenced from their form fit, force fit and cold welding. In particular the forces in compression connections have been calculated up to now by approximation. The known ana-lytical calculations simplify the geometry and material behaviour and do not consider the correct me-chanical load during assembly. For these reasons the joining process of hexagonal compression con-nections with stranded overhead transmission line conductors was calculated with the finite element method. The compression forces and the residual contact forces were determined for all contacts be-tween barrel and conductor as well as between the wires of the conductor. It was shown, that high compression and residual contact forces are the main cause of good electrical contact behaviour. The physical relations are discussed. The electrical long-term behaviour was furthermore investigated in experiments. The results confirm the influence of the residual contact force on the long-term behaviour qualitatively. Those compression connections, which had only small residual contact forces, were less stable in the long-term tests.

Für den Prozeß des Fügens von Keramik bzw. Keramik mit Metall ergeben sich zahlreiche Probleme, die aus den Eigenschaften der Keramik und den Eigenschaftsdifferenzen zwischen Keramik und Metall resultieren. Unterschiedliche physikalische und mechanische Werkstoffkennwerte bewirken ein zumeist hohes Eigenspannungsniveau des Verbundes, welches in Verbindung mit dem spröden Bruchverhalten keramischer Materialien deren Fügbarkeit verhindert oder einschränkt. Als aussichtsreicher Ansatz bietet sich die Eigenschaftsanpassung des Aktivlotes durch dessen Modifikation mit verstärkenden Materialien an. Es wird ein Konzept für die Herstellung und den Einsatz verstärkter Aktivlote vorgestellt. Theoretische Grundlagen werden durch die Berechnung der Eigenschaften derartiger Lote auf der Basis bewährter Methoden der Verbundwerkstofftheorien geschaffen. Die Simulation mechanisch-thermischer Eigenschaften von Lötverbindungen mit verstärkten Aktivloten unter Einsatz der Methode der finiten Elemente dient dem Erfassen des Spannungsverhaltens. Richtlinien für die Wahl geeigneter Verstärkungskomponenten werden festgelegt. Es wird ein Überblick über geeignete Herstellungsmethoden, deren praktische Realisierung und die Wechselwirkung mit dem Prozeß des Aktivlötens gegeben. Die Bewertung von Aktivlötverbindungen mit verstärkten Loten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wird auf Grundlage der Ergebnisse von Festigkeitsuntersuchungen vorgenommen.