Friction and wear reduction of cutting parts via surface patterning

Abstract

Braun Rasierer zielen darauf ab, ein optimales Rasiererlebnis zu bieten, indem auf der Oberfläche einiger Schneidteile DLC-Beschichtungen aufgebracht werden. Funktionell liefern diese Beschichtungen hervorragende Ergebnisse, erhöhen jedoch die Komplexität der Lieferkette und die Produktionskosten erheblich. Aus diesem Grund ist eine gezielte Oberflächenstrukturierung als Alternative zur DLC-Beschichtung von zunehmendem Interesse, da deren Anwendung grundsätzlich das Potential besitzt die Fertigungskosten sowie den Logistikund Fertigungsaufwand deutlich zu reduzieren. Diese Arbeit untersucht den Einfluss von Oberflächenstrukturierung auf die tribologische Leistungsfähigkeit von Braun-Schneidsystemen. Während der Studie werden durch fotochemisches Ätzen vier Texturen erfolgreich auf der Oberfläche der Schneidteile erstellt. Die tribologischen Eigenschaften der neuen Schneidteile werden analysiert und mit unbeschichteten und DLC-beschichteten Teilen verglichen. Zur Bewertung der tribologischen Leistung werden verschiedene Testmethoden, darunter ein Stromverbrauchstest mit Last und ohne Last, verwendet. Die Ergebnisse zeigen die hervorragende Leistungsfähigkeit der DLC-Beschichtung, welche, selbst ohne Schmierung der Teile, über die maximal getestete Zeit von 6 Stunden einen konstant niedrigen Reibungswert bietet. Nicht DLC-beschichtete Teile liefern, sofern Schmiermittel vorhanden ist, während der ersten 30 Minuten Reibungswerte von 0,6 W unter Lastbedingungen. Solche Werte sind vergleichbar mit dem Stromverbrauch von DLC-beschichteten Teilen. Ohne Schmiermittel steigt die Reibung an allen nicht DLC-beschichteten Teilen jedoch an und erreicht nach einem 6-stündigen Test einen Höchstwert von 4 W. Im Vergleich zu nicht strukturierten Oberflächen zeigen strukturierte Oberflächen hierbei eine Verbesserung des Reibungsverhaltens, wobei die Reibung nach 6 Stunden ohne Last um 29% und nach 4 Stunden unter Lastbedingungen um 21% verringert wird. Diese Werte liegen um 31% bzw. 42% über jenen der DLC-beschichteten Teile. Stichworte: Oberflächenstrukturierung, fotochemisches Ätzen, Tribologische Leistung, Schneidteile, DLC-Beschichtung

Braun shavers aim to provide an optimal shaving experience by introducing DLC coating on the surface of some cutting parts. Functionally, this coating provides excellent results but increases significantly the complexity of the supply chain and production costs. Surface texturing is presented as an alternative to DLC coating, reducing costs as well as logistic and manufacturing efforts. This work investigates the influence of surface texturing on tribological performance of Braun cutting systems. During this study, four textures have been successfully created via Photochemical Machining on the surface of the cutting parts. Tribological performance of the new cutting parts is analysed and compared to non-coated and DLC coated parts. Several test methods have been used to evaluate the tribological performance, including a power consumption test with load and a test without load. The results show the outstanding performance of DLC coating. It provides a constant low friction value along the maximum tested time of 6 hours, even when the parts are not lubricated. Non DLC coated parts provide friction values of 0,6 W under no load conditions when there is lubricant present, i.e., during the first 30 minutes running. Such values are comparable to power consumption of DLC parts. Without lubricant, friction increases on all non DLC coated parts, reaching a maximum value of 4 W after a 6 hours test. Textured parts show improvement of friction behaviour in comparison to non-textured parts, reducing friction by 29% after 6 hours under no load conditions and by 21 % after 4 hours under load conditions. Such values are respectively 31% and 42% higher than those obtained with DLC coating. Keywords: Surface texturing, Photochemical machining, Tribological performance, Cutting parts, DLC coating