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.

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.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Aspekten der frühen Entwicklung der Phoronida („Hufeisenwürmer“). An drei Arten wird der Furchungsprozess untersucht (Phoronis pallida, Phoronis muelleri, Phoronis vancouverensis). Dies erfolgt sowohl mithilfe der 4D-Mikroskopie als auch anhand von immunocytochemischen Markierungen der Mitosespindeln und konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie. Verschiedene morphologische Merkmale des Furchungsprozesses werden quantitativ erfasst und innerhalb sowie zwischen den Arten verglichen. Die Ergebnisse zeigen eine weitgehend übereinstimmende Furchung bei P. pallida und P. muelleri Embryonen: Ab dem dritten Zellzyklus teilen sich die Blastomeren meist schräg – und alternierend dextral und sinistral – zur animal-vegetativ Achse. Dieses Muster zeigt überraschende Übereinstimmungen mit dem Muster der Spiralfurchung. Dies kann als morphologische Unterstützung molekular-phylogenetischer Befunde einer Stellung der Phoronida innerhalb der Spiralia/Lophotrochozoa interpretiert werden. Die Furchung bei P. vancouverensis unterscheidet sich von der Furchung der anderen beiden Arten; sie weist jedoch auch Unterschiede zu einer Radiärfurchung auf. Generell zeigt die Furchung aller drei Arten einen gewissen Grad an Variabilität. Anhand von in-vivo Einzelzellmarkierungen untersucht die Studie darüber hinaus das Schicksal der Blastomeren früher P. pallida Embryonen bis zu späten Gastrulationsstadien. Diese Analysen zeigen, dass die ersten beiden Furchungsteilungen durch die spätere Achse Blastoporus-Apikalplatte, jedoch in keinem konstanten Orientierungsverhältnis zur Ebene der Bilateralsymmetrie der Gastrula verlaufen. Dies unterscheidet sich von der Situation, wie sie von spiralfurchenden Tieren bekannt ist. Die Unterschiede und die beobachtete Variabilität des Furchungsprozesses werden im Licht unterschiedlicher Mechanismen der Spezifizierung von Zellschicksalen und Körperachsen bei verschiedenen Taxa der Spiralia und den Phoronida diskutiert. / This study addresses aspects of the early development of Phoronida (“horseshoe worms”). The cleavage process is analyzed for three species (Phoronis pallida, Phoronis muelleri, Phoronis vancouverensis). These investigations are performed using 4D-microscopy as well as immunocytochemical stainings of the mitotic spindle apparatuses in combination with confocal laser-scanning microscopy. Different morphological features of the cleavage process are quantified and compared within as well as between the species. The results reveal a highly consistent cleavage of P. pallida and P. muelleri embryos: from the third cell cycle onward, the blastomeres divide mostly obliquely – and alternatingly dextral and sinistral – with respect to the animal-vegetal axis. This cleavage pattern shows surprising correspondences to the pattern of spiral cleavage. The finding can be interpreted as morphological support for recent molecule-based phylogenies, which indicate a position of Phoronida within the Spiralia/Lophotrochozoa clade. The cleavage of P. vancouverensis differs from the cleavage in the other two species; however, it also shows differences to a radial cleavage pattern. In all three species, the cleavage process also involves some degree of variability. Furthermore, the study traces the cell fates of early P. pallida embryos up to the state of late gastrulation, by the use of fluorescent in-vivo single cell markings. These analyses reveal that the first two cleavage divisions both pass through the later axis blastopore-apical plate of the gastrula, yet they do not pass in a constant relationship with respect to the later plane of bilateral symmetry. This differs from the situation known from spiral cleaving animals. The differences and the encountered variability of the cleavage process are discussed with respect to different mechanisms of the specification of cell fates and body axes in different taxa of the Spiralia and the Phoronida.

Wellen und Achsen im Bereich der Antriebstechnik erfahren in den überwiegenden Anwendungen zyklische Beanspruchungen. Folglich ist für die Festigkeitsberechnung im Nennspannungskonzept eine möglichst exakte Kenntnis der Bauteilwöhlerlinie von zentraler Bedeutung. Halbzeug-Größe, Spannungsformzahl und die statischen Maximallasten beeinflussen neben weiteren Faktoren die Charakteristik der Wöhlerlinie bzw. die Dauerfestigkeit. Im Zusammenhang mit der Weiterentwicklung der Norm DIN 743 gilt diesen Größen der Fokus. Die vorliegende Arbeit betrachtet die Abschätzung der Zug-Druck-Wechselfestigkeit basierend auf dem technologischen Größeneinflussfaktor sowie der Makrohärte und deren Übertragbarkeit auf große Bauteildimensionen. In dem Zusammenhang wird der technologische Größeneinflussfaktor für Durchmesser bis 700 mm anhand einer numerisch-analytischen Simulation ermittelt und zudem mit Härtemessungen validiert. Ferner wird auf Grundlage von Treppenstufenversuchen die Abschätzung der Zug-Druck-Wechselfestigkeit aus der Härte für große Halbzeugdimensionen betrachtet. Neben dem technologischen Größeneinflussfaktor abhängig von der Härtbarkeit liegen als Ergebnisse Zusammenhänge zur Abschätzung der Zug-Druck-Wechselfestigkeit aus der Härte für große Halbzeuge vor. Darüber hinaus wird mit experimentellen Untersuchungen die Wöhlerlinie im Zeitfestigkeitsbereich analysiert. Basierend darauf werden der Wöhlerexponent sowie die Knick-Schwingspielzahl zur Dauerdauerfestigkeit in Abhängigkeit von der Formzahl abgeleitet. Abschließend widmet sich die Arbeit den Auswirkungen von statischen Maximallasten auf die Dauerfestigkeit. Dazu werden die lokalen elastisch-plastischen Beanspruchungen infolge von Maximallasten mit dem Örtlichen Konzept erfasst und in Treppenstufenversuchen die Dauerfestigkeit mit zusätzlicher Maximallast betrachtet. Ausgehend davon wird ein Konzept zur Abschätzung der lokalen Beanspruchungen sowie der lokalen Dauerfestigkeit bei Berücksichtigung des Einflusses der Maximallasten vorgestellt. / Shafts and axles of drive systems are stressed by cyclic loads in most applications. Therefore, an accurate calculation of the S-N-curve is fundamental for the system’s strength assessment based on nominal stresses. Component size, the stress concentration factor, and static loads influence the behavior of the S-N-curve and the fatigue strength, among others. In the context of a further development of the standard DIN 743, the scope is these values. This thesis focuses on the estimation of the fatigue strength for tension/compression based on the technological size factor as well as the macro hardness and their transferability to larger component sizes. In this context the technological size factor is determined by a numeric-analytical simulation for diameters up to 700 mm and is also validated with hardness measurements. Furthermore, the estimation of the fatigue strength for larger component sizes based on the hardness is supported by fatigue tests. In addition to the technological size factor depending on the hardenability, the results are obtained by an estimation approach for large components between the fatigue strength for tension/compression and the hardness. In the next step, the S-N-curve is analyzed with experimental investigations for the finite life area. Based on this, the slope of the S-N-curve (“Woehler slope”) and the knee point for the endurance limit depending on the stress concentration factor are determined. Finally, the thesis deals with the impact of static loads on fatigue strength. For this purpose, the local elastic-plastic stress-strain behavior due to static loads is calculated with the strain life assessment (local concept) and the fatigue strength influenced by static loads is analyzed as well. Based on this, an approach for the estimation of local stress-strain behavior and for the fatigue strength considering the static loads are proposed.

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