Vergleichbarkeit von Messverfahren zur Bestimmung der Eisadhäsionsfestigkeit

Das Thema dieser Masterthesis ist die Untersuchung des Zentrifugen- und des Torsionsmessverfahrens hinsichtlich der Einflussfaktoren auf die Eisadhäsionsfestigkeit. Dabei wird der Forschungsfrage nachgegangen, wie die Messverfahren hinsichtlich der Einflussfaktoren zu bewerten sind. Die Verfahren werden hierzu miteinander verglichen. Der Vergleich ist aufgrund unterschiedlicher Konzepte und Abhängigkeiten nicht immer möglich oder sinnvoll. Begleitend wird daher nach Maßnahmen geforscht, die den Vergleich der beiden Verfahren ermöglichen. Der Erkenntnisgewinn aus den einzelnen Verfahren wird in beiden Verfahren zu Optimierungen genutzt. Die Bewertung erfolgt im ersten Schritt theoretisch. Die Verfahren werden hierzu in Funktions- und Produktstrukturen aufgeschlüsselt. Anschließend werden die Einflussfaktoren den einzelnen Funktionen und Bauteilen zugeordnet. Die Bewertung zeigt Optimierungspotentiale des Torsionsmessverfahrens (T-Verfahren) in der Oberflächenkonditionierung, der Kontaktflächenbeströmung, der Kraftübertragung und der -messung. Das Zentrifugenmessverfahren (Z-Verfahren) zeigt ebenfalls Verbesserungsbedarf in der Oberflächenkonditionierung. Dies betrifft die Einflussfaktoren: Lagerungstemperatur und -luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit, inhomogene Vereisung, Zeit bis zur Enteisung und die Belastungsgeschwindigkeit. Basierend auf der theoretischen Bewertung werden das Lagerungs-, Klemm- und Ausrichtungskonzept zur Optimierung des T-Verfahrens entwickelt und realisiert. Die Programmierung der Motorsteuerungssoftware erleichtert die Handhabung im T-Verfahren. Anschließend werden Versuche mit Standardlacken verschiedener Rauigkeit, Wasserkontaktwinkel und Oberflächenenergien durchgeführt, um die Verfahren praktisch zu bewerten. Die Prozesse wie z. B. die Oberflächenkonditionierung werden vor der Durchführung der Versuche definiert. Während der Versuchsdurchführung zeigt sich, dass die Optimierungsschritte des T-Verfahrens die Zuverlässigkeit erhöhen. Das Gleitreibmoment konnte signifikant reduziert werden mit der Folge, dass die Präzision im T-Verfahren stark gestiegen ist. Die inhomogene Vereisung während des Einschwingvorgangs des Windkanalsystems konnte ebenfalls verhindert werden. Durch das Kraftmessungskonzept im T-Verfahren ist es nun möglich das Bruchverhalten der Grenzfläche zu untersuchen. Die Reduzierung der Einsprühzeit im Z-Verfahren reduziert das Zusammenwachsen des Eis auf der Probe mit dem Eis auf dem Probenhalter. Dies führt zu weniger mechanischen Störeinflüssen während des Ausbaus der Probe. Die Variation der Windgeschwindigkeit zeigt klare Unterschiede in der Eis-Art in beiden Verfahren. Sie spiegeln sich, ausgenommen bei C25 im T-Verfahren, in der Eisadhäsionsfestigkeit wider. Die Toleranz der Wind- und Wassertemperatur während des Einsprühens hat einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Eisadhäsionsfestigkeit. Die Belastungsgeschwindigkeit des T-Verfahrens ist konstant und beträgt 70-310 kPa/s (50%der Messwerte), je nach Rauigkeit des Lacksystems. Die Belastungsgeschwindigkeit vom Z-Verfahren ist linear steigend und beträgt 9,5-13 kPa/s (50% der Messwerte), je nach Windgeschwindigkeit. Ein Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit auf die Eisadhäsionsfestigkeit konnte nicht beobachtet werden. Die Reduzierung der Belastungsgeschwindigkeit im T-Verfahren ist zum Vergleich der Verfahren jedoch zu empfehlen. Höhere Oberflächenrauigkeiten, im Falle von Primer (Grundierung), führen zu höheren Eisadhäsionsfestigkeiten. Standox (Standard Autoreparatur-Klarlack) weißt höhere Eisadhäsionsfestigkeiten auf als C25 (2-Komponenten-Lack auf Silanbasis). Somit konnte eine Abhängigkeit der Eisadhäsionsfestigkeit von der Oberflächenenergie/ dem Wasserkontaktwinkel gezeigt werden. Während der Versuche sind im Z-Verfahren erhöhte Eisadhäsionsfestigkeiten im 1. Lauf aufgetreten. Dies deutet auf eine unzureichende Oberflächenkonditionierung oder eine Veränderung der Probenoberfläche nach dem 1. Lauf hin. Eindeutige Nachweise konnten im Rahmen dieser Arbeit jedoch nicht erbracht werden. Die Thesis schließt mit einer Gesamtbewertung der Verfahren hinsichtlich der Einflussfaktoren sowie einer Zusammenfassung der entwickelten und realisierten Optimierungsmaßnahmen ab. Ferner werden Lösungsansätze für die festgestellten Optimierungspotentiale genannt.