In vivo reconstitution of heterochromatin

Unser Körper besteht aus ca. 200 verschieden Zellen, jede Zelle für sich ist hochspezialisiert. Die menschlichen Organe setzen sich aus riesigen Zellverbänden zusammen. Trotz dieser unglaublichen Vielfalt im menschlichen Köper besitzen alle Zellen das gleiche Genom. Diese Zelldifferenzierung wird letztendlich durch differentielle Genregulation erreicht. Chromatin ist nicht nur für eine kompakte Verpackung der DNA verantwortlich, sondern spielt auch eine maßgebende Rolle in der Genregulation. Bereits in den 1930 er Jahren des vergangenen Jahr- hunderts wurde zwischen zwei Chromatinarten bei Interphase Zellkernen unterschieden, He- terochromatin als eine stark kondensierte Chromatinstruktur mit vorwiegend reprimierten Genen und Euchromatin als eher lose und zugängliche Chromatinstruktur mit aktiv transkri- bierten Genen. Obwohl in den letzten 30 Jahren viele Proteine, die für das Heterochromatin verantwortlich sind, identifiziert worden sind, ist es immer noch unklar, welches Minimum an Faktoren ausreichend ist. Die Methlyierung von Histon H3 am Lysin 9 (H3K9me) und das Binden vom Heterochromatin Protein 1a (HP1a) an diese Histonmodifikation sind zwei wie- derkehrende Merkmale von Heterochromatin, und sind evolutiv von der Spalthefe (S. pombe) bis zum Menschen konserviert. In dieser Arbeit wollten wir nun mit Hilfe eines synthetisch-biologischen Ansatzes untersu- chen, ob diese beiden Faktoren, ausreichen um heterochromatische Chromatinstrukturen zu etablieren. Hierzu haben wir die H3K9 Methyltransferase dSu(var)3-9 und HP1a der Tauflie- ge (Drosophila melanogaster) in die Bäckerhefe (S. cerevisiae) eingebracht, die diese beiden Faktoren natürlicherweise nicht und nur rudimentäres Heterochromatin besitzt. Zum einen brachten wir dSu(var)3-9 mittels einer entsprechenden DNA-Bindungsdomäne gezielt an die gut untersuchten PHO Gene. Zum anderen untersuchten wir die genomweiten Veränderungen durch HP1a und/oder dSu(var)3-9. Methodisch untersuchten wir die Effekte mittels Massenspektrometrie, Chromatinimmunopräzipitation, DNaseI-indirekter Endmarkie- rung, Aktivitätsassays und Genexpressionsanalysen. Nach unserem besten Wissen konnten wir zum ersten Mal diese Histonmodifizierung neu in S. cerevisae einführen. Zu unserer Verwunderung hatte dies keinen Einfluss auf die Lebens- fähigkeit von S. cerevisiae. Das Fusionkonstrukt mit einer Pho4-DNA-Bindungsdomäne konnte die Expression der PHO Gene reduzieren, wahrscheinlich mittels Rekrutierung der Histondeacetylase (HDAC) Rpd3. Die Genrepression war unabhängig von der H3K9 Methyl- ierung. Eine Koexpression von HP1a zeigte einen Synergismus und veränderte die Chroma- tinstruktur des PHO5 Promoters. HP1a allein reprimierte überraschenderweise bereits die PHO und HIS3 Gene. In allen Expe- rimenten erwies sich die chromoshadow Domäne von HP1a als essentiell für dessen Funktion. Unsere genomweiten Expressionsanalysen zeigten, dass weder HP1a noch dSu(var)3-9 gene- relle Repressoren sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich mit Hilfe der synthetischen Biologie hetero- chromatische Mechanismen in einem „neutralen Hintergund“ gut untersuchen lassen. So konnten wir zeigen, dass H3K9me für sich nahezu keinen Effekt auf die Genexpression oder auf die Ausbildung von Heterochromatin hatte. Stattdessen identifizierten wir eine hochkon- servierte Funktion einer HDAC-Rekrutierung durch eine Methyltransferase und zeigten, dass HP1a-Effekte von der chromoshadow Domäne abhängen und unabhängig von einer Bindung an H3K9me sein können.Our body consists of about 200 different cell types, each one of them specialized in its own way. Groups of cells form similarly specialized organs. Despite this heterogeneity of cells in our body, all cells contain largely the same DNA, and cell diversity is achieved through the differential regulation of gene expression in each cell. Chromatin plays an important role, not just in DNA packaging, but also in gene regulation. In the 1930s scientists already distin- guished two types of chromatin in the interphase nuclei of many eukaryotic cells: a highly condensed form, called heterochromatin, and a less condensed form, called euchromatin. Euchromatin is associated with transcriptionally active genes, whereas heterochromatin con- tains mainly repressed genes. Although many factors are already identified responsible for this highly condensed chromatin, it is still unclear which factors are sufficient for gene repres- sion. Methylation of histone H3 at lysine 9 (H3K9) and binding of Heterochromatin Protein 1a (HP1a) at this modification mark are strongly associated with heterochromatin and well con- served from the unicellular fission yeast S. pombe to humans. Using a synthetic biology approach, we asked to what extent heterochromatin features can be reconstituted with just the combination of methylated H3K9 and HP1. We tested the reconsti- tution of heterochromatin in vivo by expressing the Drosophila melanogaster H3K9 methyl- transferase dSu(var)3-9 and HP1a into the budding yeast S. cerevisiae, which serves as an in this regard neutral cellular background as this yeast lacks H3K9me and HP1 and posseses only rudimentary heterochromatin. We followed two approaches. First, we targeted the methyltransferase via sequence specific DNA-binding domains to the well-studied PHO genes and analysed chromatin changes at these loci. Second, we looked at genome-wide expression changes after introduction of HP1a and / or the methyltransferase. As readout we employed a wide variety of methods, i.e., mass spectrometry, chromatin immunoprecipitation (ChIP), DNAseI indirect-endlabeling, gene product activity assays, and microarray transcriptome analysis. To our knowledge, we were the first to successfully introduce H3K9me as a novel histone modification in budding yeast. To our surprise, S. cerevisiae viability and global gene expres- sion was not much affected. Nonetheless, targeting of dSu(var)3-9 to the PHO genes re- pressed these. The repressive effect was independent of H3K9 methylation and probably me- diated by a highly conserved direct interaction between dSu(var)3-9 and the histone deacety- lase (HDAC) Rpd3. Coexpression with HP1a led to synergistic repression at the PHO genes and an altered chromatin structure, again independent of H3K9 methylation. Very surprisingly, non-targeted HP1a alone already led to significant reduction of gene ex- pression at the PHO and HIS3 genes. Throughout our studies the HP1a chromoshadow do- main was essential for the repressive effects and for interacting with dSu(var)3-9. Transcriptome analyses revealed that HP1a and / or dSu(var)3-9 were not global transcrip- tional repressors. In summary, our synthetic biology approach is feasible to study heterochromatin mechanisms in a “neutral background” system. This way, we found that the methylation of H3K9 as such had hardly any effect on gene expression or heterochromatin formation. Instead, we identified a highly conserved role of this methyltransferase in recruiting a histone deacetylase and found HP1a effects that were dependent on its chromoshadow domain but independent on binding methylated H3K9

In vivo reconstitution of heterochromatin

Unser Körper besteht aus ca. 200 verschieden Zellen, jede Zelle für sich ist hochspezialisiert. Die menschlichen Organe setzen sich aus riesigen Zellverbänden zusammen. Trotz dieser unglaublichen Vielfalt im menschlichen Köper besitzen alle Zellen das gleiche Genom. Diese Zelldifferenzierung wird letztendlich durch differentielle Genregulation erreicht. Chromatin ist nicht nur für eine kompakte Verpackung der DNA verantwortlich, sondern spielt auch eine maßgebende Rolle in der Genregulation. Bereits in den 1930 er Jahren des vergangenen Jahr- hunderts wurde zwischen zwei Chromatinarten bei Interphase Zellkernen unterschieden, He- terochromatin als eine stark kondensierte Chromatinstruktur mit vorwiegend reprimierten Genen und Euchromatin als eher lose und zugängliche Chromatinstruktur mit aktiv transkri- bierten Genen. Obwohl in den letzten 30 Jahren viele Proteine, die für das Heterochromatin verantwortlich sind, identifiziert worden sind, ist es immer noch unklar, welches Minimum an Faktoren ausreichend ist. Die Methlyierung von Histon H3 am Lysin 9 (H3K9me) und das Binden vom Heterochromatin Protein 1a (HP1a) an diese Histonmodifikation sind zwei wie- derkehrende Merkmale von Heterochromatin, und sind evolutiv von der Spalthefe (S. pombe) bis zum Menschen konserviert. In dieser Arbeit wollten wir nun mit Hilfe eines synthetisch-biologischen Ansatzes untersu- chen, ob diese beiden Faktoren, ausreichen um heterochromatische Chromatinstrukturen zu etablieren. Hierzu haben wir die H3K9 Methyltransferase dSu(var)3-9 und HP1a der Tauflie- ge (Drosophila melanogaster) in die Bäckerhefe (S. cerevisiae) eingebracht, die diese beiden Faktoren natürlicherweise nicht und nur rudimentäres Heterochromatin besitzt. Zum einen brachten wir dSu(var)3-9 mittels einer entsprechenden DNA-Bindungsdomäne gezielt an die gut untersuchten PHO Gene. Zum anderen untersuchten wir die genomweiten Veränderungen durch HP1a und/oder dSu(var)3-9. Methodisch untersuchten wir die Effekte mittels Massenspektrometrie, Chromatinimmunopräzipitation, DNaseI-indirekter Endmarkie- rung, Aktivitätsassays und Genexpressionsanalysen. Nach unserem besten Wissen konnten wir zum ersten Mal diese Histonmodifizierung neu in S. cerevisae einführen. Zu unserer Verwunderung hatte dies keinen Einfluss auf die Lebens- fähigkeit von S. cerevisiae. Das Fusionkonstrukt mit einer Pho4-DNA-Bindungsdomäne konnte die Expression der PHO Gene reduzieren, wahrscheinlich mittels Rekrutierung der Histondeacetylase (HDAC) Rpd3. Die Genrepression war unabhängig von der H3K9 Methyl- ierung. Eine Koexpression von HP1a zeigte einen Synergismus und veränderte die Chroma- tinstruktur des PHO5 Promoters. HP1a allein reprimierte überraschenderweise bereits die PHO und HIS3 Gene. In allen Expe- rimenten erwies sich die chromoshadow Domäne von HP1a als essentiell für dessen Funktion. Unsere genomweiten Expressionsanalysen zeigten, dass weder HP1a noch dSu(var)3-9 gene- relle Repressoren sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich mit Hilfe der synthetischen Biologie hetero- chromatische Mechanismen in einem „neutralen Hintergund“ gut untersuchen lassen. So konnten wir zeigen, dass H3K9me für sich nahezu keinen Effekt auf die Genexpression oder auf die Ausbildung von Heterochromatin hatte. Stattdessen identifizierten wir eine hochkon- servierte Funktion einer HDAC-Rekrutierung durch eine Methyltransferase und zeigten, dass HP1a-Effekte von der chromoshadow Domäne abhängen und unabhängig von einer Bindung an H3K9me sein können.Our body consists of about 200 different cell types, each one of them specialized in its own way. Groups of cells form similarly specialized organs. Despite this heterogeneity of cells in our body, all cells contain largely the same DNA, and cell diversity is achieved through the differential regulation of gene expression in each cell. Chromatin plays an important role, not just in DNA packaging, but also in gene regulation. In the 1930s scientists already distin- guished two types of chromatin in the interphase nuclei of many eukaryotic cells: a highly condensed form, called heterochromatin, and a less condensed form, called euchromatin. Euchromatin is associated with transcriptionally active genes, whereas heterochromatin con- tains mainly repressed genes. Although many factors are already identified responsible for this highly condensed chromatin, it is still unclear which factors are sufficient for gene repres- sion. Methylation of histone H3 at lysine 9 (H3K9) and binding of Heterochromatin Protein 1a (HP1a) at this modification mark are strongly associated with heterochromatin and well con- served from the unicellular fission yeast S. pombe to humans. Using a synthetic biology approach, we asked to what extent heterochromatin features can be reconstituted with just the combination of methylated H3K9 and HP1. We tested the reconsti- tution of heterochromatin in vivo by expressing the Drosophila melanogaster H3K9 methyl- transferase dSu(var)3-9 and HP1a into the budding yeast S. cerevisiae, which serves as an in this regard neutral cellular background as this yeast lacks H3K9me and HP1 and posseses only rudimentary heterochromatin. We followed two approaches. First, we targeted the methyltransferase via sequence specific DNA-binding domains to the well-studied PHO genes and analysed chromatin changes at these loci. Second, we looked at genome-wide expression changes after introduction of HP1a and / or the methyltransferase. As readout we employed a wide variety of methods, i.e., mass spectrometry, chromatin immunoprecipitation (ChIP), DNAseI indirect-endlabeling, gene product activity assays, and microarray transcriptome analysis. To our knowledge, we were the first to successfully introduce H3K9me as a novel histone modification in budding yeast. To our surprise, S. cerevisiae viability and global gene expres- sion was not much affected. Nonetheless, targeting of dSu(var)3-9 to the PHO genes re- pressed these. The repressive effect was independent of H3K9 methylation and probably me- diated by a highly conserved direct interaction between dSu(var)3-9 and the histone deacety- lase (HDAC) Rpd3. Coexpression with HP1a led to synergistic repression at the PHO genes and an altered chromatin structure, again independent of H3K9 methylation. Very surprisingly, non-targeted HP1a alone already led to significant reduction of gene ex- pression at the PHO and HIS3 genes. Throughout our studies the HP1a chromoshadow do- main was essential for the repressive effects and for interacting with dSu(var)3-9. Transcriptome analyses revealed that HP1a and / or dSu(var)3-9 were not global transcrip- tional repressors. In summary, our synthetic biology approach is feasible to study heterochromatin mechanisms in a “neutral background” system. This way, we found that the methylation of H3K9 as such had hardly any effect on gene expression or heterochromatin formation. Instead, we identified a highly conserved role of this methyltransferase in recruiting a histone deacetylase and found HP1a effects that were dependent on its chromoshadow domain but independent on binding methylated H3K9

Auswertungen von G20-Demonstrationsbefragungen

Bei den Mobilisierungen zu den G20-Protesten in Hamburg ist die ‚Gewaltfrage‘ und die Frage nach den Grenzen von Protest allgegenwärtig. Der Beitrag vergleicht und erklärt Einstellungsmuster zu Formen konfrontativen Protests unter Teilnehmer*innen der Demonstrationen ‚Protestwelle‘ am 2. Juli 2017 und ‚Grenzenlose Solidarität statt G20‘ am 8. Juli 2017. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Spaltung der mobilisierenden Organisationen entlang der taktischen Ausrichtung der Proteste überraschend wenig in den Einstellungsmustern der Protestierenden widerspiegelt. Die Haltung gegenüber der Polizei trägt maßgeblich zur Akzeptanz oder Ablehnung konfrontativer Protestformen bei

Adaption and GPU based parallelization of the code TEMDDD for the 3D modelling of CSEM data

The finite difference time domain code TEMDDD was modified for the 3D forward modeling of marine CSEM data. After changes in the code, which make it possible to create model geometries typically encountered in marine CSEM experiments, parts of the code have been parallelized using massive parallelization on graphic cards. Parts of the singular value decomposition, which is the most time consuming part of the code, have been successfully ported with massive speed-ups (8-12x faster) observed as compared to the standard code. The full parallelization of the code is still work in progress

Ethernet - a survey on its fields of application

During the last decades, Ethernet progressively became the most widely used local area networking (LAN) technology. Apart from LAN installations, Ethernet became also attractive for many other fields of application, ranging from industry to avionics, telecommunication, and multimedia. The expanded application of this technology is mainly due to its significant assets like reduced cost, backward-compatibility, flexibility, and expandability. However, this new trend raises some problems concerning the services of the protocol and the requirements for each application. Therefore, specific adaptations prove essential to integrate this communication technology in each field of application. Our primary objective is to show how Ethernet has been enhanced to comply with the specific requirements of several application fields, particularly in transport, embedded and multimedia contexts. The paper first describes the common Ethernet LAN technology and highlights its main features. It reviews the most important specific Ethernet versions with respect to each application field’s requirements. Finally, we compare these different fields of application and we particularly focus on the fundamental concepts and the quality of service capabilities of each proposal

Die wirtschaftsethische Bedeutung der Genossenschaftsidee mit besonderer Berücksichtigung Hermann Schulze-Delitzschs

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entstehung des modernen Genossenschaftssystems, unter besonderer Berücksichtigung des preußischen Politikers Hermann Schulze-Delitzsch

Profil, Entstehung und Perspektiven der Protestbewegung in Deutschland

Die Protestkampagne von Fridays for Future (FFF) hat es innerhalb kürzester Zeit geschafft, in Deutschland und darüber hinaus hunderttausende Schüler*innen und Jugendliche für eine Wende in der Klimapolitik auf die Straße zu bringen. Um mehr über Profil, Mobilisierungswege und Motive der Demonstrierenden zu erfahren, haben wir als Teil eines europaweiten Forschungsprojekts Demonstrationsbefragungen während der Klimaproteste am 15. März 2019 in Berlin und Bremen durchgeführt. Das Working Paper präsentiert zentrale Befunde für FFF in Deutschland und ordnet diese ein. Die FFF-Proteste werden von jungen, gut gebildeten Menschen und überraschend stark von jungen Frauen getragen. Viele der demonstrierenden Schüler*innen, von denen sich die Mehrheit im linken Spektrum verortet, sind zum ersten Mal auf der Straße. Persönliche Kontakte sind der zentrale Weg der Mobilisierung. Die Demonstrierenden wollen die Politik unter Druck setzen, klimapolitische Versprechen einzulösen. Einen wichtigen Weg der Veränderung sehen insbesondere die Schüler*innen aber auch in der Veränderung der eigenen Lebens- und Konsumpraxis. Die Demonstrierenden sind keineswegs hoffnungslos, sondern vielmehr handlungsbereit, politisiert und zuversichtlich, dass ihr Protest gesellschaftliche und politische Veränderungen hervorrufen kann. Im europäischen Vergleich ist die Kampagne hinsichtlich Altersstruktur, Verteilung der Geschlechter und insbesondere hinsichtlich der Einschätzung von Lösungswegen heterogener als der gemeinsame Rahmen vermuten lässt. Abschließend blicken wir auf die öffentliche Resonanz und im Fazit auf Faktoren des (medialen) Erfolgs

Taking to the Streets in Germany – Disenchanted and Confident Critics in Mass Demonstrations

This paper analyses the socio-demographic attributes and political attitudes of protesters in Germany. In doing so, the paper studies participation at demonstrations, one of the key forms of non-electoral political participation in Germany and a central political arena in which to negotiate political and cultural conflicts. Methodologically, we draw on original data from nine protest surveys collected between 2003 and 2020. The demonstrations under scrutiny address a wide variety of issues such as peace, climate change, global justice, immigration, international trade and social policy. Analysing protesters’ profiles, we focus on differences both within and across demonstrations. We show that demonstrators’ socio-demographic and attitudinal characteristics diverge considerably across the surveyed demonstrations. In particular, we identify two clusters of demonstrations, differing most prominently regarding participants’ political trust, satisfaction with democracy, and perceptions of self-efficacy – the ‘disenchanted critics’ and the ‘confident critics’. Based on a regression analysis across all nine demonstrations, we further show that the distinction of these two demonstration clusters is not the result of the presence or absence of certain groups of demonstrators

Plasma Charging Damage in Devices for High Reliability

Um die Anforderung an die Prozessierung von mikroelektronischen Schaltungen zu erfüllen, sind Plasmaanlagen unerlässlich. Diese Anlagen erreichen beim Ätzen von Isolatoren und Leitern hohe Aspektverhältnisse, können homogene Schichten bei geringen Temperaturen abscheiden und entfernen entwickelten Fotolack großflächig vom Wafer. Dennoch bringt der Einsatz dieser Geräte auch Nachteile mit sich. Ein technologisch relevantes Problem ist das so genannte Plasma Charging Damage, kurz PCD. PCD entsteht, wenn auf Grund der Exposition des strukturierten Wafers zum Plasma unterschiedliche Potentiale an verschiedenen Positionen auf dem Wafer auftreten. Diese Potentialdifferenz führt zu Ausgleichsströmen, die, falls die Spannung hoch genug ist, auch durch das Gateoxid von Transistoren fließen können. Bei diesem Vorgang wird das Gateoxid geschädigt, wodurch es zu einer Alterung des Oxids und zum frühzeitigen Ausfall des Transistors kommen kann. Die vorliegende Doktorarbeit war eng mit der Entwicklung eines 0,35 µm-Prozesses am IMS verknüpft. Dabei stand eine hohe Zuverlässigkeit der Produkte im Mittelpunkt, da unter anderem für Kunden aus der Automobilindustrie gefertigt werden sollte. Hier stellt PCD ein besonderes Problem dar, da PCD an einfachen Parameterteststrukturen oft nicht nachweisbar ist. Das liegt daran, dass die während der Prozessierung im Oxid entstandenen Haftstellen am Ende des Prozesses in einer Formiergastemperung elektrisch passiviert werden. Sie stellen jedoch nach wie vor Schwachstellen im Oxid dar, die schon bei einer kurzzeitiger Belastung aufbrechen können und so die Lebensdauer des Gateoxids dramatisch verkürzen können. In dieser Arbeit werden verschiedene Aspekte von PCD behandelt. Dabei werden zum einen Grundlagen dargestellt und gängige Messmethoden beschrieben. Zum anderen werden Strategien zum Umgang mit PCD dargestellt. Unter anderem liegt besonderes Augenmerk auf einer neu entwickelten Schutzstruktur, die, trotz exzellenter Schutzwirkung, Messungen bei hohen Spannungen erlaubt. Die konkrete Analyse des neu entwickelten Prozesses ist dargestellt, wobei die verschiedenen Iterationsschritte betrachtet werden. Besonderheiten des Prozesses, wie verschiedene Gateoxiddicken und eine SOI-Variante werden näher betrachtet. Dies ist nicht nur im konkreten Fall für die Untersuchung von PCD hilfreich. Es werden weiterhin neue Messergebnisse präsentiert, die Erkenntnisse zur Verteilung der festgesetzten Ladung durch PCD liefern. Dieser Punkt wird seid längerem in der Literatur diskutiert. Des Weiteren wurde der Durchbruch von Gateoxiden untersucht. Dabei wurde ein neuer Messparameter eingeführt, der von der Vorschädigung unabhängig ist. Dies ermöglichte eine Vorhersage des Durchbruchs schon nach einer kurzen Messzeit bei unterschiedlich stark durch PCD geschädigten Teststrukturen. Zusammengefasst wurde bei der Arbeit konkret die Entwicklung des 0,35 µm-Prozesses begeleitet, woraus sich auch allgemeingültige Erkenntnisse über PCD ergaben.To fulfil processing requirements of microelectronic circuits the usage of plasma tools is crucial. These tools achieve high aspect ratios while etching isolators and conductors, are capable of deposing homogeneous layers at low temperatures and remove developed photo resist from the wafer. But the usage of this kind of equipment has also some disadvantages. One technological relevant problem is plasma charging damage (PCD). PCD appears when different potentials arise on different positions on the wafer due to its exposition to plasma. These potentials lead to balancing currents, which might even flow through the gate oxide of transistors if the voltage is high enough. During this event the gate oxide is damage, which causes the aging of the transistor or a premature breakdown of the transistor. This thesis is strongly connected to the development of a new 0.35 µm production process at the Fraunhofer IMS. A major goal of this development was a high reliability since the products will be sold to automotive customers. For this reason PCD can be a severe problem as it is often impossible to detect PCD with simple parametric test structures. This is because a forming gas annealing at the end of the production process will electrically passivate the charge traps created by PCD. Yet weaknesses remain in the oxide which will break during a short stress and therefore diminish the life expectation of the oxide. This thesis explores different aspects of PCD. It covers fundamentals as well as common measurement methods. In addition strategies to handle PCD are described. A main focus is set on a newly developed protection structure, which allows measurements with high voltages despite its excellent protection capabilities. The analysis of the new process is shown exemplarily with focus on the necessary iteration steps. Special features of the production process explored were the existence of two different gate oxide thicknesses and an SOI variant. The results of this analysis are helpful not only for the concrete case. In addition new measurement results are presented which give insights to the charge distribution inside the oxide after PCD. This subject is topic of debate between several research groups. The oxide breakdown was investigated, too. A new measurement parameter independent of preexisting damage was established. This allows predicting the breakdown time after a short measurement time even with different levels of PCD. Summarized, the thesis shows results gathered during the development of the new 0.35 µm production process, which can also be applied to more general cases of PCD

Mikromechanische Untersuchungen zur Faser-Matrix-Haftung in Faser-Kunststoff-Verbunden:: Einfluss von Härtungsdauer, Feuchtigkeit und Prüfparametern

Zur Untersuchung der Faser-Matrix-Haftung in Faser-Kunststoff-Verbunden werden neben makromechanischen Methoden wie dem Querzug und der Drei-Punkt-Biegung mikromechanische Methoden an Einzelfaser-Modellverbunden eingesetzt. Zu letzteren Methoden zählen bspw. der Tropfenabscherversuch, der Einzelfaserauszugversuch (engl. single-fibre pull-out test, SFPO) und der Einzelfaserfragmentierungsversuch (engl. single fibre fragmentation test, SFFT). Bei ihrem Einsatz ist zu beachten, dass sich unterschiedliche Einflussgrößen auf ihre Ergebnisse auswirken können. In der vorliegenden Arbeit wird eine ausführliche Literaturübersicht mit einem detaillierten Überblick zu einer größeren Anzahl verschiedener Einflussgrößen durchgeführt. Daraus werden die Einflussgrößen Härtungsdauer, Feuchtigkeit, freie Faserlänge und Abzugsgeschwindigkeit als Untersuchungsgegenstände dieser Arbeit erarbeitet. Wesentliche aus dieser Arbeit resultierende Ergebnisse und Schlussfolgerungen sind nachstehend zusammengefasst. Härtungsdauer: Bei SFFT-Untersuchungen an Keramikfaser/Epoxidharz-Prüfkörpern wird ein degressiver Anstieg der Faser-Matrix-Haftung über der Härtungsdauer beobachtet. Die Ergebnisse geben Hinweise darauf, dass sich die Härtungsdauer beim SFFT und SFPO prinzipbedingt unterschiedlich auswirkt (aufgrund destruktiver bzw. konstruktiver Überlagerungen von Eigenspannungen und Prüfkraft-induzierten Spannungen). Feuchtigkeit: SFPO-Untersuchungen an Kohlenstoffaser/Epoxidharz-Prüfkörpern nach einmonatiger Konditionierung in feuchtem (50 %rF, 23 °C) bzw. trockenem Klima (0 %rF, 23 °C) belegen eine feuchtebedingt verringerte Haftung. Daraus wird geschlussfolgert, dass eine schwankende Luftfeuchtigkeit auch in diesem eingegrenzten klimatischen Spektrum (bspw. in teilklimatisierten Laboren) als wichtiger potentieller Störfaktor zu beachten ist. Prüfparameter: Auf Basis des Hooke’schen Gesetzes kann für den SFPO gezeigt werden, dass die freie Faserlänge die Maximalkraft beeinflusst und die Einflüsse der freien Faserlänge und der Abzugsgeschwindigkeit auf die Maximalkraft in Zusammenhang stehen. Beides wird anhand von SFPO-Untersuchungen an Glasfaser/Epoxidharz-Prüfkörpern bestätigt. Ferner wird aus den Untersuchungen geschlussfolgert, dass eine Geschwindigkeitserhöhung von 0,01 µm/s auf 0,1 µm/s zur Reduzierung der Versuchsdauer – im vorliegenden Fall von 30 45 min auf 6 8 min – vertretbar ist. Darüber hinaus werden anhand von Fehlerverstärkungsfaktoren differenzierte Aussagen zum Einfluss fehlerhaft bestimmter Eingangsdaten auf die Berechnung der lokalen Grenzflächenscherfestigkeit generiert.For investigating fibre-matrix adhesion in fibre-polymer composites, macromechanical methods such as transverse tensile and three-point bending tests can be applied as well as micromechanical methods for which single-fibre model composites are used. The latter category of methods includes microbond, single-fibre pull-out (SFPO) and single-fibre fragmentation tests (SFFT). When applying these methods, it needs to be considered that their results can be affected by different influencing factors. In the present thesis, an extensive literature survey with a detailed overview of a larger number of influencing factors is conducted. Based on this overview, the factors curing time, moisture, free fibre length and test speed are acquired as objects of investigation of this thesis. Main results and conclusions of this work are summarised below. Curing time: Results from SFFT investigations on ceramic fibre/epoxy-specimens exhibit a degressive increase of fibre-matrix adhesion with curing time. This indicates that curing time affects SFFT and SFPO results differently due to different underlying principles (based on destructive and, respectively, constructive superposition of internal stresses and load-induced stresses). Moisture: SFPO specimens (carbon fibre/epoxy) are conditioned in humid (50 %rH, 23 °C) and dry climate (0 %rH, 23 °C) for one month prior to testing. The results show lower adhesion due to moisture. It is concluded that uncontrolled humidity, even in this limited climatic spectrum, needs to be considered as an important potential factor of influence (e.g. in partially climatised laboratories). Test parameters: Based on Hooke’s law, it is demonstrated for the SFPO that a) the free fibre length affects the maximum force and b) the effects of the free fibre length and the test speed on the maximum force are interrelated. Both is confirmed with results from SFPO investigations on glass fibre/epoxy-specimens. Furthermore, it is deduced from the above investigations that an increase in test speed from 0.01 µm/s to 0.1 µm/s is legitimate for reducing test duration – in the present case from 30 45 min to 6 8 min. In addition, the effect of erroneously determined input data on the calculation of the local interfacial shear strength is studied using conditions numbers (a measure for the propagation of error). With this, differentiated statements are generated