Poliermittelträger für das Polieren optischer Gläser

Nachdem in vorangegangenen Projekten die maschinenseitigen Einflüsse und die Einflüsse der Suspensionschemie auf den Polierprozess betrachtet sowie diese zuletzt in einer Prozessüberwachung zusammengeführt wurden, fokussierte das vorliegende Vorhaben auf die Optimierung des Poliermittelträgers. Dieser stellt ein weiteres wichtiges Element beim Polieren optischer Gläser dar. Vor dem Hintergrund steigender Anforderungen an die Oberflächengüte und Prozessstabilität, stoßen die momentan verfügbaren Poliermittelträger an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit im Hinblick auf Oberflächengüte und Prozessstabilität. Aus diesem Grund zielte das vorliegende Vorhaben darauf ab, die Grundlage für die Entwicklung angepasster Poliermittelträger zu schaffen. Für die Untersuchungen wurden vier repräsentative Polyurethanpoliermittelträger, welche zurzeit den Stand der Technik in der Optikindustrie darstellen, sowie vier Glasarten ausgewählt. Die Arbeitsinhalte konzentrierten sich auf folgende Schwerpunkte: Charakterisierung der konventionellen Poliermittelträger Beschreibung des Polierverhaltens der Poliermittelträger in Abhängigkeit der zu polierenden Glasart. Tribologische Untersuchung des Reibungszustandes Modellierungskonzepte zu Vorgängen im Polierspalt sowie Simulation der Eigenschaften des Poliermittelträgers Genaue Kenntnisse der Eigenschaften eines Poliermittelträgers stellen die Voraussetzung zum Verstehen des Polierverhaltens dar. Deswegen wurden die repräsentativen Poliermittelträger aus Polyurethan bezüglich ihrer chemischen Zusammensetzung, ihrer mechanischen Eigenschaften, der Oberflächengestalt und der Benetzbarkeit analysiert. Mit Abschluss des Projekts steht nun eine umfangreiche Datenbasis über die Poliermittelträger der Öffentlichkeit zur Verfügung. Im Hinblick auf die Gestaltung verbesserter Poliermittelträger sind bei den Eigenschaften die Füllstoffe hervorzuheben. Diese weise eine große Anzahl unterschiedlicher chemischer Verbindungen auf und liegen teilweise in großen Agglomeraten vor, die bei einem Herauslosen zu Oberflächendefekten führen können. Die Untersuchungen zum Polierverhalten zeigten, dass es nicht einen optimalen Poliermittelträger gibt. Vielmehr weisen diese in Abhängigkeit des zu polierenden Werkstoffes unterschiedliche Polierleistungen auf. Während die Abtragsleistung der Poliermittelträger GR-35 und LP-88 bei allen betrachteten Gläsern in einem engen Band liegt, so wiesen die Typen GR-25 und LP-13 starke Unterschiede bei verschiedenen Gläsern in der Abtragsleistung auf. Ebenso weisen bestimmte Typen je nach polierten Glas einen stärkeren Abfall der Abtragsrate auf als andere. Dieses wird mit dem Phänomen der Verglasung in Verbindung gebracht. Optische und chemische Analysen der Oberfläche benutzter Poliermittelträger zeigten, dass die Verglasung auf ein Anfüllen der Poren mit Poliermittel und auf eine Ablagerung von Glasbestandteilen auf der Oberfläche des Poliermittelträgers zurückgeführt werden kann. Auf einem speziell modifizierten Tribometer wurden umfangreiche Analogieversuche zum Synchrospeed-Polierprozess zur Ermittlung des Reibungszustandes durchgeführt. Es wird deutlich, dass weichere und porösere Poliermittelträger zu einer höheren Reibung als harte und weniger poröse führen. Die Erfassung von Stribeck-Kurven bei verschiedenen Lastbedingungen zeigte, dass sich der Polierprozess im Bereich der Mischreibung befindet, d. h. der Poliermittelträger und die Werkstückoberfläche sind nicht vollständig durch einen Flüssigkeitsfilm voneinander getrennt. Weiterhin beeinflusst die Oberflächenrauheit der Poliermittelträger die Reibverhältnisse. Abschließend wurden Modellierungskonzepte zur Bestimmung der Schmierfilmhöhe sowie der Temperaturentwicklung im Polierprozess entwickelt. Im Hinblick auf die Entwicklung optimierter Poliermittelträger werden die durchgeführten Simulationen wertvolle Informationen liefern. Anhand der mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials sowie Kenngrößen zur Schaumstruktur, wie z.B. die Verteilung der Porengröße, lassen sich die resultierenden mechanischen Eigenschaften eines Schaum-Poliermittelträgers bestimmen. Mit solchen Simulation können zukünftig im Vorfeld einer Synthese neuer Poliermittelträger notwendige Eigenschaften bestimmt werden.