Thesis (Ph. D.)--Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität, Bonn, 1983. / Vita. Includes bibliographical references.

Techn. Universiẗat, Diss., 2000--Dresden.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Dresden.

Tiefe sternale Wundheilungsstörungen nach medianer Sternotomie treten mit einer Inzidenz 0,4 – 5 % selten auf. Dennoch stellen sie mit einer Mortalität von 10 – 47 % ernst zu nehmende Komplikationen in einem multimorbiden Patientengut dar. Mikrobiologisch dominieren vorwiegend Erreger des grampositiven Spektrums. Mischinfektionen und multiresistente Erreger verstärken zudem die mikrobiologische Komplexität. Auf Grundlage dessen sind tiefe sternale Wundinfektionen im klinischen Alltag nur schwer kontrollierbar und stellen damit eine große Herausforderung dar. In dem Zeitraum von Mai 2012 bis Mai 2013 wurden 52 Patienten mit tiefen sternalen Wundheilungsstörungen im Universitätsklinikum Leipzig und im Herzzentrum Leipzig behandelt. Die sternalen Wundinfektionen traten hierbei als postoperative Komplikationen nach herzchirurgischen Eingriffen auf. Das einheitliche Behandlungskonzept bestand aus einem radikalen chirurgischen Wunddébridement und einer lappenplastischen Brustwandrekonstruktion unter simultaner resistogrammgerechter Antibiotikatherapie. Im Rahmen des Wunddébridements wurden drei mikrobiologische Abstriche nach standardisiertem Schema entnommen (präoperativ, intraoperativ vor Débridement, intraoperativ nach Débridement). Die Datenauswertung erfolgte retrospektiv anhand der Patientenakten und klinikinternen Datenbanken. Von besonderem Interesse waren patientenspezifische Parameter wie Alter, Geschlecht und das Vorhandensein von Komorbiditäten. Ebenso waren die mikrobiologischen Abstriche, die Methode der plastischen Rekonstruktion sowie Komplikationen im stationären Verlauf von großer Relevanz. Ziel dieser retrospektiven Arbeit war es, das vorherrschende bakteriologische Keimspektrum zu analysieren und das Patientenkollektiv im Hinblick auf Risikofaktoren für sternale Wundheilungsstörungen zu untersuchen. Ebenso wurde die Effektivität des angewandten Therapiekonzeptes unserer Klinik im Patientenkollektiv geprüft. Wir konnten nachweisen, dass Staphylokokkus epidermidis in 64,5 % der Fälle der dominierende Erreger im intraoperativen Abstrich war. Infektionen bedingt durch multiresistente Erreger kamen nur bei 12,9 % der Patienten vor. Intraoperative Wundbesiedelungen mit MRSA waren in der vorliegenden Arbeit nicht nachweisbar. Zudem konnten wir die ernst zu nehmende Pathogenität des Staphylokokkus epidermidis belegen. Im Vergleich zur Kontrollgruppe entwickelten Patienten mit Nachweis von Staphylokokkus epidermidis deutlich schneller sternale Wundheilungsstörungen nach der kardiochirurgischen Operation (47,4 Tage vs. 71,5 Tage). Ebenso resultierten mehr Revisionseingriffe (55,5 % vs. 27,3 %) und hierdurch längere Hospitalisierungszeiten (65,6 T age vs. 37,4 T age). Die antibiotische Behandlung des Staphylokokkus epidermidis ist daher bei diesem Patientengut im Therapiealgorithmus neben einem radikalen Débridement essentiell. Nur in der Kombination kann das Infektionsgeschehen effektiv beherrscht und der Patient aus dieser lebensbedrohlichen Situation geführt werden.

Bei der Druckabsicherung von verfahrenstechnischen Anlagen spielen Berstscheiben eine entscheidende Rolle. Sie reagieren auf kritische Druckänderungen im zu schützenden System und geben ihren Entlastungsquerschnitt bei Bedarf vollständig frei. Als drucktragende Komponente einer Berstscheibe muss die Berstmembran die regulären Betriebsbelastungen des abzusichernden Prozesses zuverlässig abtragen und darf erst bei Erreichen einer kritischen Druckbelastung ansprechen. Aufgrund ihres guten Tragverhaltens bieten Berstscheiben mit vorgewölbter Berstmembran ein breites Einsatzspektrum. Während des Fertigungsprozesses von vorgewölbten Berstscheiben wird eine anfänglich flache Blechronde über einen Aeroforming- Prozess zu einer Berstmembran mit annähernd sphärischer Gestalt geformt. Dieser plastische Deformationsprozess wird über eine numerische Simulation mittels Finite-Elemente-Methode beschrieben und die dabei wirkenden Zusammenhänge aufgezeigt. Die Simulation wird zudem durch experimentelle Versuche begleitet und validiert. / Rupture discs play an essential role in the pressure protection of process engineering systems. They react to critical pressure changes in the system to be protected and fully release their relief cross-section as required. As the pressure-bearing component of a rupture disc, the rupture diaphragm must reliably withstand the regular operating loads of the process to be protected and may only respond when a critical pressure load is reached. Due to their good load- bearing behavior, rupture discs with pre-domed rupture diaphragms offer a wide range of applications. During the manufacturing process of pre-domed rupture discs, an initially flat sheet metal blank is formed into a rupture diaphragm with an approximately spherical shape using an aeroforming process. This plastic deformation process is described by a numerical simulation using the finite element method and the relationships involved are shown. The simulation is also accompanied and validated by experimental tests.

Gelöster Wasserstoff in Metallen führt in vielen Fällen zu einer Reduzierung der Güte von mechanischen Eigenschaften. Dies äußert sich auf vielfältige Weise und wird unter dem Begriff Wasserstoffversprödung zusammengefasst. Für ein grundlegendes Verständnis dieses Phänomens müssen die Vorgänge im Metall auf mikroskopischer Skala ergründet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher ein Aspekt der Wasserstoffversprödung, die Interaktion von Wasserstoff mit Versetzungen, näher untersucht. Zur Untersuchung des Einflusses von Wasserstoff auf die Versetzungsbildung wurden verschiedene Verformungsexperimente an Palladium und Vanadium durchgeführt. Prinzipielle Vorgänge der Defektbildung wurden durch Versuche an einzelnen Versetzungen unter Verwendung von Nanoindentation und Zugexperimenten im ETEM durchgeführt, um einen breiten Überblick zu erlangen. Zusätzlich wurden zum besseren Verständnis der Vorgänge Molekulardynamiksimulationen von derartigen Versuchen ausgeführt. Zur Untersuchung der Interaktion von Versetzungen miteinander wurden Säulen im Mikrometerbereich verformt und Blech durch Kaltwalzen verformt. Des Weiteren wurde durch Hochdruck-Torsion maximale Verformungen realisiert. Die verwendeten Modellmaterialien erlauben es verschiedene prinzipielle Vorgänge der Defektbildung zu untersuchen und so einen breiten Überblick über prinzipielle Vorgänge im kfz Gitter (Palladium) bzw. krz Gitter (Vanadium) zu erhalten.

Die mikrochirurgische Transplantation des Radialislappens auf orofaziale Weichgewebsdefekte hat in der rekonstruktiven Chirurgie von heute einen hohen Stellenwert. Der aus der Hebung dieses Lappens resultierende Entnahmedefekt im Bereich des ventralen Unterarms wird häufig mit frei transplantierter Vollhaut verschlossen. Sowohl der ventrale Unterarm, als auch die orofaziale Region, gehören zu den ästhetisch am stärksten exponierten und funktionell besonders beanspruchten Körperpartien des Menschen. Das funktionelle und ästhetische Ergebnis eines hier lokalisierten Eingriffs hat deshalb nicht zu unterschätzende Auswirkungen auf die postoperative Lebensqualität und Zufriedenheit der Patienten. Insofern sind die objektive Nachuntersuchung der Spender- und Empfängerregion des Radialislappens, sowie die Befragung der Patienten nach ihren subjektiven Beschwerden, wichtig für die Bewertung dieser rekonstruktiv-chirurgischen Methode. Zur Überprüfung der Ergebnisse dieses Operationsverfahrens erfolgte im Zeitraum 2007 – 2009 an der Universitätsklinik zu Würzburg eine retrospektive klinische Studie. Anhand der Krankenakten von 50 Patienten wurden die postoperativen Heilungsergebnisse in der Spender- und Empfängerregion des Radialislappens dokumentiert. 30 der 50 Patienten wurden nach einem standardisierten Vorgehen unter funktionellen und ästhetischen Gesichtspunkten, in der Spender- und Empfängerregion des Radialislappens sowie in der Leistengegend als Entnahmeregion der Vollhaut, nachuntersucht und zu ihren Beschwerden und der Einschätzung der Operationsergebnisse befragt. Die Auswertung der postoperativen Heilungsergebnisse anhand der Krankenakten ergab für die Transplantation des Radialislappens eine Erfolgsquote von 96 %, und für den Verschluss des Entnahmedefekts mit einem freien Vollhauttransplantat eine Erfolgsquote von 100 %. Die Nachuntersuchung der Spender- sowie der Empfängerregion des Radialislappens zeigte eine schnell fortschreitende, funktionelle und ästhetische Rehabilitation der operierten Gewebe im postoperativen Heilungsverlauf. Von den Patienten, welche ein Jahr nach der Operation, oder später, untersucht wurden, war die Gefühlsempfindung bereits bei allen Vollhauttransplantaten, und in 91 % der Fälle auch im Bereich des Radialislappens, wieder vorhanden. In der Entnahmeregion des Radialislappens lagen, 12 Monate postoperativ oder später, lediglich noch bei 8 % der Patienten minimale Defizite in der Gelenkbeweglichkeit, und bei 15 % eine geringgradige Minderung der Muskelkraft vor. Auch die Bewertung der Operationsnarben am Unterarm sowie in der Leistengegend fiel tendenziell besser aus, wenn die Operation zum Zeitpunkt der Untersuchung länger zurücklag. Die Patientenzufriedenheit mit dem Operationsergebnis zeigte ebenfalls eine deutliche Besserung über die Zeit. Bezüglich der Ästhetik wurden bereits 1 Jahr nach der Operation keine Beschwerden mehr geäußert, und in funktioneller Hinsicht klagten, 12 Monate postoperativ oder später, in der Spender- wie in der Empfängerregion des Radialislappens lediglich noch ein Sechstel der befragten Patienten. Der Vergleich der Ergebnisse dieser Studie mit denen ähnlicher, in der Fachliteratur veröffentlichter Untersuchungen bestätigte die hohe Zuverlässigkeit des untersuchten Operationsverfahrens hinsichtlich der Wiederherstellung von Funktion und Ästhetik in der Spender-, wie auch in der Empfängerregion des Transplantats. Als Fazit kann die mikrochirurgische Transplantation des Radialislappens zur Rekonstruktion orofazialer Weichgewebsdefekte als ein bewährtes und sehr geeignetes Verfahren weiterhin ebenso empfohlen werden wie die Transplantation freier Vollhaut als eine sichere und standardmäßig angewandte Methode zum Verschluss des Entnahmedefekts im Bereich des ventralen Unterarms. / Free microsurgical transfer of a radial forearm flap is a valuable surgical option for repairing orofacial soft-tissue defects. Harvesting this flap in the ventral forearm region leaves a donor-site defect, which is often being surgically treated via full-thickness skin grafting. Both the ventral forearm and the orofacial region are counted among the most highly exposed and heavily stressed human body parts. Functional and aesthetic outcomes after surgical intervention in these two areas have therefore a not insignificant influence on patients’ postoperative quality of life. Hence, objective follow-up examination of both the donor and recipient site of the radial forearm flap, as well as questioning patients on their subjective complaints, is important for evaluating this reconstructive surgery technique. In order to appraise this treatment procedure, a retrospective cross-sectional clinical study took place between 2007 and 2009 in the Oral and Maxillofacial Surgery Clinic at the University of Würzburg, Germany. Surgical outcomes at both the donor and recipient site of the radial forearm flap were evaluated by reference to the medical records of 50 patients. Donor and recipient site of the radial forearm flap, plus groin area as the full-thickness skin graft donor site, were examined in 30 of the 50 cases from both a functional and aesthetic viewpoint, using a standardised procedure, and additionally questioning the patients on complaints and on assessment of the treatment results. The appraisal of surgical outcomes by means of the patients’ medical records revealed a success rate of 96 % for transferring the radial forearm flap, as well as a success rate of 100 % for closing the radial forearm flap donor-site defect with a full-thickness skin graft. The follow-up examination at each the donor and recipient site of the radial forearm flap showed a rapidly progressing recovery of function and aesthetics during postoperative healing process. In the patients examined a year after surgery or later, all full-thickness skin grafts, as well as 91 % of the radial forearm flaps, had already regained sensation. Concerning the radial forearm flap donor-site morbidity in the patients examined 12 months after surgery or later, there were minimal joint mobility deficits in only 8 % of the cases, while 15 % showed a low-grade muscle strength decrease. Scar assessment score in each the forearm and groin region also tended to be higher, if surgery was performed longer ago. Patients’ contentment with treatment results showed a distinct improvement over the course of time, too. Regarding aesthetics, as early as one year after surgery there were no more complaints, and with respect to function, only a sixth of the patients questioned 12 months after surgery or later, voiced complaints as to each the donor and recipient site of the radial forearm flap. A comparison of these trial outcomes to results already published, confirmed the high reliability of this surgical procedure as to functional and aesthetic recovery at both the donor and recipient site of the radial forearm flap. In conclusion, free microsurgical transfer of a radial forearm flap, as a well-proven and highly suitable procedure of repairing orofacial soft-tissue defects, is further on just as recommended as full-thickness skin grafting, which is a safe and standard surgical option for closing the radial forearm flap donor-site defect in the ventral forearm region.

Das Ziel der Arbeit war die Weiterführung der Substrukturanalyse von plastisch verformten metallischen Werkstoffen mit kubischer Struktur auf der Basis des Disklinationskonzeptes unter Berücksichtigung unterschiedlicher homologer Temperaturen und Stapelfehlerenergien. Die Untersuchungen wurden an Stauchproben von Wolfram, Aluminium und der Legierung Inconel 718 mit Hilfe der TEM, der REM (EBSD) und der röntgenografischen Profilanalyse durchgeführt. Bei allen drei Werkstoffen konnten im Temperatur- und Umformbereich T/Ts<=0,3, Deformation>=0,3 auf der Basis von lokalen TEM-Desorientierungsmessungen Partialdisklinationen identifiziert und ihre Frankvektoren bzw. Defektstärken bestimmt werden. Die Ergebnisse der EBSD-Untersuchungen und der Röntgendiffraktometrie sind mit den TEM-Beobachtungen kompatibel und zeigen, dass die Kombination der drei Methoden für die systematische Substrukturanalyse an stark verformten Werkstoffen gut geeignet ist.

Die vorliegende Arbeit gründet auf einer neuartigen analytischen Theorie zum HERTZschen Kontakt am geschichtet aufgebauten Halbraum von N. SCHWARZER (1998). Der Kugeleindruckversuch in Schichtsysteme kann damit im linear-elastischen Bereich exakt beschrieben werden, was bereits erfolgreich zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls von ultradünnen Schichten ausgenutzt wurde. Mit der Theorie kann aber auch das Spannungsfeld im Grenzfall elastischer Deformation, zu Beginn des Materialversagens analysiert werden. Über die Kenntnis kritischer Spannungswerte ließen sich damit Versagensmechanismen identifizieren. So konnte kürzlich für Schichten im System Si3N4/SiO2 gezeigt werden, dass die VON MISES-Vergleichsspannung im Versagensfall kritische Werte annimmt. Dies ist wiederum typisch für das plastische Versagen, womit erstmals die Fließpannung von Dünnschichten bestimmt wurde. Im Rahmen dieser Arbeit sollte dieses Ergebnis an magnetronsputterten Schichten vom B4C-Target bestätigt werden, wobei die mechanischen Eigenschaften über die Gaszusammensetzung N2/Ar variiert wurden. Die Nanoindentermessungen mit dem UMIS 2000 erfolgten an Einzelschichten auf Silizium und Quarzglas sowie an einem speziellen Dreischichtsystem. Die Analyse zeigt, dass die plastische Deformation nicht in allen Fällen zum Versagen führte und bei geeignetem Schichtaufbau einstellbar ist. Ferner zeigt die rasterkraft- und rasterelektronenmikroskopische Schadensbildanalyse, dass das Versagen unter bestimmten Bedingungen wahrscheinlich durch star cracks verursacht wurde. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit einer anderen Problematik. Ausgangspunkt dafür bildet eine Weiterentwicklung der theoretischen Methode durch SCHWARZER (2001), mit der die Anwendung der elastischen Kugeleindruckmethode an begrenzten oder real geformten Festkörperoberflächen denkbar ist. Konzeptionell wird dabei die existierende Lösung für den geschichteten Halbraum auf geeignete krummlinige Koordinaten transformiert. Zur Überprüfung des Beschreibungskonzepts wurde die Lösung für das spezielle Kontaktproblem am Viertel- und Achtelraum entwickelt. Dabei war allerdings bereits wieder eine Annahme nötig, deren Überprüfung Gegenstand dieser Arbeit ist. Hierzu wurden zwei unabhängige Indenterexperimente in der Nähe von Kanten vorgenommen, die zunächst widersprüchliche Ergebnisse lieferten. Weiterführende Untersuchungen zeigen aber einerseits, dass die Empfindlichkeit einer der beiden Messmethoden nicht ausreichend ist. Andererseits liefern die Zusatzuntersuchungen Vorschläge zu Verbesserung der weiterentwickelten Theorie.

Metallic glasses are amorphous alloys that do not possess long-range structural order in contrast to crystalline alloys. Ni-free Ti-based bulk metallic glasses (BMGs) have potential for biomedical applications due to their attractive properties such as high strength, good corrosion resistance and excellent micro-formability, which cannot be obtained for conventional crystalline alloys. In this PhD thesis, Ni-free Ti-based BMGs, i.e. Ti40Zr10Cu34Pd14Sn2 and Ti40Zr10Cu36-xPd14Inx (x = 0, 2, 4, 6, 8), were prepared in the shape of rods by suction casting. Both alloy classes were systematically characterized in terms of glass forming ability, thermal stability, phase formation and mechanical properties. The largest diameter obtained in the fully glassy state for Ti40Zr10Cu34Pd14Sn2 alloy is 3 mm and for Ti40Zr10Cu36-xPd14Inx (x = 2, 4, 6, 8) alloys is 2 mm. Base alloy (Ti40Zr10Cu36Pd14) contains some crystalline phase(s) in the glassy matrix for a 2 mm diameter rod. The structural transformations of Ti40Zr10Cu34Pd14Sn2 BMG upon heating were thoroughly analyzed by utilizing different combination of methods. Firstly, we used differential scanning calorimetry (DSC), X-Ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) to investigate the first crystallization event. The main products of the first crystallization are possibly -(Ti, Zr) and Cu3Ti (orthorhombic) phases. Secondly, we employed in situ x-ray diffraction in transmission mode using synchrotron beam to deeply study the thermally-induced structural changes like relaxation, glass transition and crystallization. Since the first peak in the diffraction patterns reflects the structure of the glassy phase on the medium-range scale, the position, width and intensity of this peak in diffraction patterns are fitted through Voigt function below 800 K. All the peak position, width and intensity values show a nearly linear increase with increasing temperature to the onset temperature of structural relaxation, Tr = 510 K. However, these values start to deviate from the linear behavior between Tr and glass transition temperature Tg. The changes in the free volume, which was arrested during rapid quenching of the BMG, and the coefficient of volumetric thermal expansion prove that the aforementioned phenomenon is closely related to the structural relaxation. Above 800 K, three crystallization events are detected and the first exothermic event is due to the formation of metastable nanocrystals. For the Ti40Zr10Cu34Pd14Sn2 alloy, 2 mm diameter rods exhibit the best combination of mechanical properties (e.g. large plastic strain and high yield strength) among all the diameters (ø2, ø3 and ø4 mm) under the room-temperature compression tests. With the aim to improve its room-temperature mechanical properties, the processes of pre-annealing and cold rolling have been applied for the 2 mm diameter rods. Annealed and quenched specimens below Tg and in the supercooled liquid region (between Tg and onset crystallization temperature Tx) do not lead to the enhancement of the plasticity compared to as-cast alloys due to annihilation of excess free volume and crystallization. Cold rolling can effectively improve the plasticity of this BMG by inducing structural heterogeneities. Rolled samples up to a thickness reduction of 15% result in the largest plasticity of 5.7%. Low yield strength and visible work hardening ability are observed in the both 10%-rolled and 15%-rolled samples. The deformation behavior of Ti40Zr10Cu34Pd14Sn2 BMG at the elevated temperatures slightly below Tg and in the supercooled liquid region has been investigated. The stress-strain relations for this BMG over a broad range of temperatures (298 ~716 K) and strain rates (10-5 to 10-3 s-1) were established in uniaxial compression. Under compression tests at the highest test temperature of 716 K, the Ti-based BMG partially crystallizes and low strain rates can lead to the formation of larger volume fractions of crystals. In order to further improve the plasticity of Ti-Zr-Cu-Pd BMGs and simultaneously reduce the content of Cu (considering harmful element for the human body), the Ti40Zr10Cu36-xPd14Inx (x = 2, 4, 6, 8) BMGs have been newly developed with different short- or medium-range order in the structure. The compressive global strain of Ti40Zr10Cu36-xPd14Inx (x = 0, 2, 4, 6, 8) can be significantly improved from 4.5% for the In-free alloy to 10.2% for x = 4. However, a further increase of the indium content to 8 at.% results in a decrease of the plasticity. Among all the monolithic Ni-free Ti-based BMGs reported so far, the novel Ti40Zr10Cu32Pd14In4 BMG shows the largest plasticity. Inspired by the dislocation concept in crystalline materials, we propose a strategy for the design of ductile BMGs through minor substitution using relatively large atoms, which make the bonding nature become more metallic and with it less shear resistant. Such a locally modified structure results in topological heterogeneity, which appears to be crucial for achieving enhanced plasticity. This strategy is verified for Ti-Zr-Cu-Pd glassy alloys, in which Cu was replaced by In, and seems to be extendable to other BMG systems. The atomic-scale heterogeneity in BMGs is somewhat analog to defects in crystalline alloys and helps to improve the overall plasticity of BMGs.