FriCSo Polymer-Werkzeuge, mit handelsüblicher Schleifpaste verwendet, verbessern Qualität und tribologisches Verhalten von Bauteil-Oberflächen durch folgende Besonderheiten:

• Schaffung einer dauerhaften Öl-affinen, organischen Nano-Schicht mit starker Bindung
• Reduzierung der Rauhigkeit von Ra 0,3 µm auf ≤0,03 µm in einem Bearbeitungs-Schritt
• Verfestigung einer (hier Stahl-) Oberfläche auf bis zu 1.100 Vickers in einer Tiefe von 1 µm

FriCSo Vorrichtungen wurden für gängige Superfinish-Maschinen und Fertigungsstraßen ent¬wickelt.
Die Charakteristiken der FriCSo Oberflächenbehandlung werden nachfolgend erläutert:
Oberflächenaffinität zum Öl – Haltbarkeit  - Ebenheit – Härte – Leistungs-Verbesserung – Einfache Integration in die Serienfertigung.

Öl-Affinität
Die per FriCSo-Polymer-Technik geschaffene organische Oberflächen-Schicht verbessert nach¬weislich das Ölhaltevermögen unter Misch- und Grenzreibung dramatisch. Die Wirksamkeit der Öl-affinen Schicht wurde durch den nachfolgend beschriebenen Test demonstriert. Im zugehö¬rigen Diagramm werden dabei die - bis zum Fressen – auf einem Block-auf-Ring-Tribometer (lineare Kontaktfläche) zurückgelegten Gleitwege verglichen. Die Proben waren aus gehärte¬tem Stahl mit unterschiedlich bearbeiteter Oberfläche.
Der Test wurde mit einem einzigen Tropfen Öl durchgeführt, bei einer Relativ-Geschwindigkeit von 0,65 m/s und einer Normalkraft von 400 N.

 

 

Die konventionell geschliffene Oberfläche hat nach 200 m gefressen, die mit FriCSo-Polymer geläppte lief 30.000 m ohne zu fressen. Danach wurde der Test abgebrochen.
Die Abbildung unten zeigt die Verschleiß-Probe (den Block) nach dem Test.

 

Die konventionell geschliffene Oberfläche zeigt deutliche Zeichen von Verschleiß und Abrasion -  wodurch Leistung und Effizienz dramatisch verringert werden. Der FriCSo Polymer-geläppte Be¬reich zeigt gewisse Oxidations-Erscheinungen am Linien-Kontakt, beweist aber eindeutig das Vorliegen hydrodynamischer Schmierung - ohne Abnutzung oder Abrasion.

 

Haltbarkeit
Bei Kunden wurde die Haltbarkeit der FriCSo-Oberfläche unter extremen Bedingungen unter¬sucht. Die folgende Aufnahme zeigt Serienteile einer Hydraulikpumpe. Sie wurden  - herkömm¬lich super¬finished - 1,2 Mil¬lionen Zyklen auf dem Kunden-Prüfstand unterworfen, bei einem System¬¬druck von 372 bar, einer Drehzahl von 2.400 U/min und 82 °C Medien-Temperatur.

Nach dem Test ist starker Lochfraß auf der Oberfläche offensichtlich.

 

Die folgende Abbildung zeigt die gleichen Teile, aber mit der FriCSo-Polymer-Technologie end¬bearbeitet.
Die Teile wurden den gleichen Tests unter identischen  Bedingungen unterworfen.
Die Oberfläche erscheint wie neu. Keine Zeichen der Abnutzung sind sichtbar. Damit wird die Halt¬barkeit der Polymer-Behandlung eindeutig demonstriert.

 

Bei weiteren Tests dieses Kunden mit FriSCo-behandelten Teilen zeigten diese auch bei 400 bar und 400 °C bei über 1.2 Million Zyklen keine Verschleiß-Erscheinungen.

Ebenheit - Glätte
Durch das Polymer-Läppen wird die Oberflächentopographie (Ra, Rz, Rpk) und der Material-Traganteil Mr (früher Traganteil tp) deutlich verbessert, wie die nachfolgende beschriebenen Tests durch einen Kunden zeigen.
Vergleich von kommerziellem Superfinish und FriCSo Polymer-Läppen einer Dichtscheibe:

Description	Height histogram	Average roughness (Ra)	maximum height of profile (Rt)
Standard-Finish durch Schleifen		0.42 µm	3.3 µm
Superfinish		0.07 µm	0.25 µm
FriCSo-Polymer-geläppt		0.02 µm	0.13 µm

Das nachfolgende Diagramm demonstriert, dass durch FriCSo-Polymer-Läppen die Härte der äußer¬sten Schicht eines (hier stählernen) bearbeiteten Werkstücks erheblich gesteigert werden kann. Der Grund dafür ist in der Tatsache zu sehen, dass der Prozess einen nachgiebigen, mikro¬elastischen Polymer-Kunststoff nutzt – und eine handelsübliche Schleifpaste. Unter Druck werden abrasive Partikel dieser Paste temporär im Polymer eingelagert, wobei scharfkantige Spitzen der Hartstoff-Teilchen abbrechen. Da die Partikel sich ständig drehen (im Gegensatz zu einem üblicher¬weise beim Läppen verwendeten Gusseisen-Werkzeug, bei dem immer die selbe Partikel-Bruch¬fläche das Werkstück spant), werden viele – oder im Extremfall sogar alle – dieser scharfen Spitzen entfernt und abgerundet. Wenn nun der Druck des Läppens über die sehr kleinen Berührungsflä¬chen der gerundeten Schleifkörnchen übertra¬gen wird, erfährt die äußerste Oberfläche des Werk¬stücks eine Art mechanischer Verfestigung.

 

 

 

 

 

 

Das Diagramm zeigt, dass die Härte des herkömmlich bearbeiteten Werkstoffs von ungefähr 500 HV (Vickers) auf über 1.000 HV an der Oberfläche des FriCSo-geläppten Bauteils und noch über 700 in einer Tiefe von 1 µm eine sehr bedeutende Verbesserung, speziell an der Oberfläche, erfahren hat.

Leistungs-Verbesserung

Die Dreifach-Wirkung des FriCSo-Polymer-Läppens (Bildung einer Nano-Schicht mit hoher Ölaffini­tät, extrem ebene und glatte Topografie, Steigerung der Oberflächenhärte), kann eine bedeutende Leistungs-Verbesserung bewirken, besonders im Bereich der Grenz- und Übergangs-Reibung.

Der Effekt der FriCSo-Oberflächenbehandlung wird durch die folgenden Resultate belegt, die durch ein unabhängiges Labor für einen zukünftigen Kunden gemessen wurden.

Das Diagramm zeigt den jeweiligen Reibungs-Beiwert, der beim Gleiten einer Stahlprobe über einen kommerziell supergefinishten Kolbenbolzen erreicht wird. Die Last wurde dabei stufenweise von 445 N bis auf 2.220 N erhöht, die Gleit-Drehzahl bei 20 U/min konstant gehalten.

Jedes Mal, wenn die Last erhöht wurde, stieg der Reibungsbeiwert drastisch an, höheren Ver­schleiß und Reibenergie-Verlust indizierend. Erst nach einem jeweils erneuten ‚Einlaufen’ pendelte sich der COF wieder um den ursprünglichen Wert ein.

 

 

 

Das nachfolgende Diagramm zeigt die Reibergebnisse auf dem selben Block-auf-Ring-Tribometer unter identischen Bedingungen - allerdings nachdem der in diesem Aufbau die Lagerbuchse simulie¬ren¬de Stahl-Ring FriCSo-Polymer-gläppt wurde.

 

 

Wie das Diagramm beweist, gibt es nicht nur keinerlei Zunahme des Reibungswerts, wenn die Last erhöht wird, es ist vielmehr überhaupt keine Reibkraft-Änderung zu höheren Lasten auszuma­chen, was auf überlegenes Ölhalte-Vermögen und verbesserte Oberflächentopografie schließen lässt.

 

 

Das Polymer ist ökologisch unbedenklich, da keine giftigen Materialien benutzt und keine gefährli­chen Reststoff-Mengen produziert werden. Selbst die handelsübliche Polier-Paste lässt sich mit Was­ser und Seife abspülen.