DE3229159A1 - Kuehl- und schmierpasten zur bearbeitung von metallen und anderen werkstoffen und verfahren zur verbesserung von kuehl- und schmierfluessigkeiten - Google Patents
Kuehl- und schmierpasten zur bearbeitung von metallen und anderen werkstoffen und verfahren zur verbesserung von kuehl- und schmierfluessigkeitenInfo
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Description
KÜHL- UND SCHMIERPASTElNi ZUR BEARBEITUNG VON METALLEN
UND ANDEREN WERKSTOFFEN UND VERFAHREN ZUR VERBESSERUNG VON KÜHL- UND SCHMIERFLÜSSIGKEITEN
Die Anmeldung betrifft neue Kühl- und Schmierzubereitungen, die bei spanabhebender und spanloser
Bearbeitung von Metallen und anderen Werkstoffen angewendet werden können, sowie ein Verfahren zur Verbesserung
von bekannten Kühl- und Schmierflüssigkeiten.
Bei der erwähnten Bearbeitungstechnologien verwendet man mehrere Kühl- und Schmiermittel, die eine
solche Kühl- und Schmierwirkung besitzen, daß eine Schädigungserwärmung der Werkzeuge vermieden und die
nötige Glattheit der Werkstoffsoberfläche gewährleistet werden kann. Diese Mittel sollen den Menschen und die
Umwelt nicht beeinträchtigen, weiterhin abwaschbar und ökonomisch verwendbar sein.
Als Kühl- und Schmiermittel verwendet man allgemein eine entsprechende Flüssigkeit, z.B. ölige
Emulsionen, aber bei Profilwerkzeugen, grossen Arbeitsgeschwindigkeiten und grossem Flächendruck kann die
Kühlung durch eine Flüssigkeit nicht gewährleistet werden.
In der Fachliteratur sind mehrere Lösungen des obigen Problems beschrieben und einige derartige
Zubereitungen sind schon im Handel 'erhältlich.
In der AT-PS 313 452 ist eine Kühlflüssigkeit beschrieben, die Schwermetallsalze enthält und die
nötige Kühlwirkung durch chemische Prozesse erreicht. Der Nachteil dieser Zubereitung ist ihr Fe-, Ni-,
Co-sulfat- und -nitritgehalt, was wegen der Giftgefahr
bei der Verwendung grosse Umsicht braucht.
In der CH-PS 481 208 ist eine Kühlflüssigkeit, die als Emulsion Alkanolamine und Glykole ent-
enthält, beschrieben. Die erwähnten Komponenten können
aber Hauterkrankungen hervorrufen.
In der DE-PS 239 895 iat ein Schmiermittel beschrieben, das im wesentlichen aus Öl, Aluminiumpulver
und Graphitpulver besteht. Bei der Verwendung der Mischung ist ea eine wichtige Voraussetzung, daß
die Temperatur des Stoffes, der bearbeitet wird, höher ist, als der Schmelzpunkt des Aluminiums, deshalb kann
diese Mischung nur in Walzwerken verwendet werden. in der DE-PS 1 594 532 ist eine Zubereitung
mit beschränkter Rauchentwicklung beschrieben, die aber ebenfalls nur in Walzwerken brauchbar iat.
Es ist bekannt, die Wärmebelastbarkeit durch synthetische Öle oder synthetische Fette zu steigern,
diese Stoffe sind aber ziemlich teuer und umweltschädlich.
Zu diesen Zubereitungen gehören z.B. ein Gewindefräserpaste von der Firma Cincinatti, Niederlanden
und die Flüssigkeit "Dundy" von der Firma Daniel und
Jäger, Stuttgart. Diese Zubereitungen können aber bei großen Spanleistungen leicht vergasen und die entstehenden
Gase aind geaundheitaachädlich.
Bei einigen Kühlflüssigkeiten rufen neben den Problemen der Verwendbarkeit auch die Ansiedlung von
Bakterien große Probleme hervor. Die CH-PS 508 035 bietet eine Lösung dieses Problems, z.B. durch Verwendung
von Formaldehyd. Wegen seiner raschen Verdampfung soll man aber in 3ehr großen Mengen dosieren und diese
große Menge kann Hauterkrankungen hervorrufen und die Luft verunreinigen. Die selben Nachteile haben auch die
anderen Deainfizienzien.
Die Verbesserung der Eigenschaften der bekannten Kühl- und Schmierflüssigkeiten wird auch durch die Tatsache
verhindert, daß die geeigneten Zusatzstoffe, wie z.B. die schmierwirkungserhöhenden Stoffe, vorzugsweise
Seifen, Graphit, Schwefel und anderen Zusatzstoffe in diesen Flüssigkeiten nicht löslich sind und daher stößt die
Herstellung von homogenen und stabilen Zubereitungen auf große Schwierigkeiten.
Die Aufgabe der Erfindung 13t also solche
Kühl- und Schmiermittel auszuarbeiten, die bei Bearbeitung von Metallen und anderen Werkstoffen mit
großer Spanleistung entsprechende Kühlwirkung leisten können, die also große Belastbarkeit und Haftfähigkeit
besitzen.
Unsere Versuche haben bewiesen, daß der Bentonit wegen seiner Quellfähigkeit mit Flüssigkeiten,
wie z.B. mit verschiedenen wasserbasischen Kühl- und SchmierflÜ3sigkeiten eine Paste bilden kann, die als
Kühl- und Schraierpaste auch bei großen Bearbeitungsgeschwindigkeiten günstig verwendet werden kann.
Unsere Versuche haben auch gezeigt, daß die Qualität und Homogenität der Paste von der Korngrösseverteilung
des Bentonits beeinflußt wird. Wenn das Bentonit mahlgut größere Teile als 70 /um hat, kann
durch die bentonithaltige Paste wegen der schlechten Quellfähigkeit der zu großen Teilchen» z.B. beim Pressen
einer Platte, die nötige Glattflächigkeit nicht gewährleistet
werden.
Die Erfindung betrifft also ein Kühl- und Schmierpaste zur Bearbeitung von Metallen und anderen
Werkstoffen, die aus Wasser, aus 5,0 bis 30,0 Gew% Bentonit mit einer Korngröße unter 70 /um und gegebenenfalls
aus üblichem Öl von beliebiger Art und Menge, das für Kühl- und Schmierflüssigkeiten auf Wasserbasis
verwendbar ist, und gegebenenfalls aus Zusatzstoffen zur Verbesserung der Schmierfähigkeit besteht.
Die erfindungsgemäße Kühl- und Schmierpaste
besteht vorzugsweise aus 40,0 bis 60,0 Gew$> Waeeer,
aus 5,0 bi3 30,0 Gew£ Bentonit und aus 10,0 bis 50,0 Gew?; üblichem Öl.
Die erfindungsgemäße Kühl- und Schmierpaste enthält neben '.Yasser, Bentonit und üblichem Öl vorzugsweise
auch 1,0 bis 10,0 Gewf Zusatzstoffe zur Verbesserung
der Schmierwirkung, insbesondere Seife, Graphit und/oder Schweffei, mit der Voraussetzung,
daß die Gesamtmenge von Bentonit und Zusatzstoffen
nicht größer als 30,0 Gew£ aein darf, weiterhin 5,0
bis 20,0 Gew'/; Desinfiziens und 0,1 bis 1,0 Gewf,
Geruchstoff.
Zu der erfindungsgemäßen Paste können als Zusatzstoff vorzugsweise Seife, wie z.B. Kalcium-,
Magnesium-, Aluminium- oder Zinkstearate, Graphit, Schwefel, weiterhin alle übliche desinfizierende Stoffe,
wie z.B. Formaldehyd und Geruchstoffe verwendet werden. Die Anmeldung betrifft weiterhin ein Verfahren
zur Verbesserung von üblichen Kühl- und Schmierflüssigkeiten,
dadurch gekennzeichnet, daß 0,1 bis 20 Gewichtsteile
von in der Kühl- und Schmierflüssigkeit nicht löslichen Zusatzstoffen, vorzugsweise die schmierwirkungserhöhenden
Stoffe, Desinfiziens und/oder Geruch« mittel mit einer Mischung von 30,0 bis 80,0 Gewichtsteilen Wasser, 5,0 bis 30,0 Gewichtsteilen Bentonit
und gegebenenfalls 30,0 bis 50,0 Gewichtnteilen üblichem Öl vermischt und zu der Kühl- und Schmierflüssigkeit
zugegeben werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die Einsatzgebiete der üblichen Kühl- und Schmierflüssigkeiten
erheblich erhöht werden, denn es ist möglich solche Zusatzstoffe, wie z.B. Seife, Graphit,
Schwefel und/oder Geruchstoffe und/oder Deainfizienzien
zur Verbesserung von üblichen Kühl- und Schmierflüssigkeiten
s-.u verwenden, die wegen ihrer Wassez-unlöslichkeit
und raschen Ausscheidung dazu nicht fähig waren.
Die erfindungsgemäße Kühl- und Schmierpaste hat die folgenden Vorteile:
a) Der Haftwassergehalt des Bentonits wird bei einer
Temperatur von 500 bis 700 0C frei, deshalb hat
die erfindungsgemäße Paste eine Kühlwirkung während der Bearbeitung auch bei hohen Temperaturen,
bei denen das Öl verbrennt.
b) Aufgrund des Punktes a) geht die Menge der
Dämpfe und Gase zurück.
c) Der bewässerte Bentonit hat auch selbst eine
gute Schmierwirkung und so ist die Schmierwirkung der Paste höher als des Öles,
d) Durch die Einarbeitung der Zusatzstoffe wie z.B.
Seife, Graphit, Schwefel, Geruchstoff und von Desinfizienzien, die wegen ihrer raschen Ausscheidung
bisher nicht verwendbar waren, kann die Schmierwirkung der Paste weiter erhöht werden.
e) Der Bentonit eignet sich auch als Emulsionsstabilisierungsmittel
und so ist es möglich durch die Verwendung einer Mischung aus Bentonit und Zusatzstoffen bei den KUhI- und SchmierflUssigkeiten
die Ausscheidung zu hemmen oder mindestens zu verzögern.
f) Durch die Vermischung des Desinfiziens und des Bentonite und die Zugabe dieser Mischung zur
üblichen Kühl- und Schmierflüasigkeiten ist es möglich eine Desinfizienskonzentration unter der
gewöhnlichen Hautempfindlichkeit zu erreichen und gleichzeitig die biologische Reinheit zu sichern
und die Desinfizienskonzentrationsspitze zu vermeiden.
g) Die erfindungsgemäßen Pasten können im Gegensatz zu den bekannten synthetischen Pasten oder Fetten
leicht abgev/aschen werden.
Die erfindungsgemäße Kühl- und Schmierpaste und das erfindungsgemäße Verfahren werden durch die
folgenden Beispiele erläutert, ohne daß sich hierdurch
eine Beschränkung ergibt.
Zur Untersuchung der Tiefziehbarkeit wurde aus
einer Stahlplatte einer Dicke von 2 mm ein Topf mit
70 mm Durchmesser und 40 mm Höhe gezogen. Nach den üblichen
Verfahren wird man die Platte phosphatieren, da sonst die Oberfläche des Topfes gebrochen, gefurcht und die Wandstärke
ungleichmäßig sein werden.
5
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Es wurden 85,0 Gewichtsteile einer Emulsion aus Wasser und Kühl- und Schmieröl "K 22" der Firma Magyar
Komäromi Olajipari Vällalat, Ungarn mit einem Volumenverhältnis
1:1 mit 5,0 Gewichtsteilen Bentonit vermischt. Wenn eine stabile Emulsion angewendet wird, kann man auch
ohne Rühren homogene Pasten herstellen, durch Rühren kann aber die Herstellung beschleunigt werden.
Mit dieser Paste wurde eine Platte ohne Phosphatisierung behandelt, und dann wurde in der vorstehend beschriebenen
Art tiefgezogen. Dabei wurde ein Topf mit gleichmäßiger Wandstärke und glatter Oberfläche erhalten.
Es wurde ein Kugelgewinde durch Wirbelgewindeeindrehen mit 300 m/min Schneidgeschwindigkeit
gedreht. Die erwünschte Oberflächenqualität ist Ra = 2,5 μπι.
Zu diesem Verfahren wurde als Kühl- und Schmiermittel die früher erwähnte Cincinatti-Paste und das öl "Dundy
9107-K" verwendet. Die Lebensdauer des Werkzeuges betrug
2 Stunden, und es trat eine sehr starke Gasentwicklung auf. Wegen dem konzentrierten Mittel ergaben sich Hauterkrankungen.
Die gesundheitsschädliche Wirkung ließ sich zwar z. B. durch Verdünnung des Öls "Dundy 9107 K" vermindern,
aber auch die Lebensdauer des Werkzeuges vermindert sich gleichmäßig.
Aus dem Öl "Dundy 9107-K" wurde eine Paste^durch X
das Vermischen von 30,0 Gewichtsteilen Bentonit, 56,0
Gew.-Teilen Wasser und 14,0 Gew.-Teilen öl hergestellt.
Das Verfahren wurde unter Verwendung' dieser Paste wiederholt
und so die Erhöhung der Lebensdauer um 50 % und gleichzeitig die Vermeidung der Gasentwicklung und der Hauterkrankungen
erreicht.
Zu dem gleichen Wirbelgewinde eindrehen wie im Beispiel
2 wurde eine Paste aus 13,0 Gew.-Teilen Bentonit, 45,0 Gew.-Teilen Wasser und 42,0 Gew.-Teilen des früher
erwähnten Öls "K-22" verwendet. Mit dieser Paste' wurden die gleichen Ergebnisse wie im Beispiel 2 erreicht.
In eine Paste zur TiefZiehung wie im Beispiel 1
wurde als Zusatzstoff Kalziumstearat eingemischt. Eine Platte wurde ohne Phosphatisierung mit einer Paste, die
89,0 Gew.-% einer Emulsion aus Wasser und dem früher erwähnten Öl "K-22" mit einem Volumenverhältnis 1:1, 5,0 Gew.-%
Bentonit und 6,0 Gew.-% Kalziumstearat enthält, behandelt und nach der Tiefziehung wurde ein Topf mit vollkommen
glatter Oberfläche erhalten.
Wie vorerwähnt ergibt sich bei der Verwendung der Kühl- und Schmierflüssigkeiten das Problem der Aufrechterhaltung
ihrer biologischen Reinheit. Nach der Pachliteratur soll man, um die bakteriologischen Prozesse zu verhindern,
zu einer Emulsion im verwahrlosten Zustand als Schock-Behandlung mindestens 0,5 Gew.-% Desinfiziens zugeben
Um die Reinheit einer reinen Emulsion zu bewahren, soll man eine Desinfizienskonzentration von mindestens 0,1
bis 0,15 Gew.-% einhalten. Beide der angegebenen Werte sind sehr hoch und können Hauterkrankungen hervorrufen. Der
Grund für die Zufügung hoher Konzentrationen liegt darin, daß das Desinfiziens aus der Emulsion in kurzer Zeit ausfällt
und sich rasch zersetzt.
Um die Ausscheidung des Desinfiziens zu verhindern, wurde eine Mischung aus 60,0 Gew.-Teilen der üblichen
Kühl- und Schmierflüssigkeit, 2 0,0 Gew.-Teilen Bentonit und 20,0 Gew.-Teilen Formaldehyd hergestellt.
Zu dem 100 1-Gefäß einer spanabhebenden Werkzeugmaschine
werden nach der 8-stündigen Betriebs ze it 30 g der obigen Mischung zugefügt. Damit wurde in der Kühl- und Schmierflüssigkeit
der Maschine eine Konzentration von 0,006 Gew.-I Formaldehyd erreicht und mit dieser Menge während des
16-stündigen Betriebsstiltetandes die Flüssigkeit vollkommen
gereinigt.
Es ergaben sich die gleichen Ergebnisse, wenn in der Mischung statt der üblichen Kühl- und Schmierflüssigkeit
Wasser verwendet wurde. Diese zweite Mischung hat noch den Vorteil, daß sie für sämtliche Kühl- und Schmierflüssigkeiten
verwendbar ist.
Durch die Verwendung des Bentonits konnte also die Konzentration des Formaldehyds auf 1/20 bis 1/30 Teil verkleinert
werden.
Wie es aus den obigen Beispielen ersichtlich ist, können durch die Verwendung des Bentonits bei den erfindungsgemäßen
Pasten die Lebensdauer der Werkzeuge deutlich verlängert sowie die gesundheitsschädlichen Wirkungen der Kühl-
und Schmiermittel vermieden werden.
Claims (10)
1. Kühl- und Schmierpaste zur Bearbeitung von Metallen
und anderen Y/erkstoffen gekennzeichnet durch einen Gehalt an Wasser, 5,0 bis 30,0 Gew% Bentonit einer Korngrösse
von unter 70 ,um und gegebenenfalls übliches Öl
beliebiger Art und Menge, das für Kühl- und Schmiermittelflüssigkeiten auf Wasserbasis verwendbar .ist, sowie
gegebenenfalls Zusatzstoffe zur Verbesserung der Schmierfähigkeit.
2. Kühl- und Schmierpaste gemäß Anspruch 1, gekennzeich
net durch einen Gehalt an 40,0 bis 60,0 Gew?l· Wasser,
5,0 bis 30^0 Gevt% Bentonit und 10,0 bis 50,0 Gewft
übliches Öl.
3. Kühl- und Schmierpaste gemäß Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 3ie neben Wasser, Bentonit
und üblichem Öl 1,0 bis 10,0 Gewfr Zusatzstoff, wie Seife, Graphit und/oder Schwefel enthält, mit der Voraussetzung,
daß die Gesamtmenge von Bentonit und Zusatzstoffen
30,0 Gew?.' nicht übertrifft.
4. Kühl- und Schmierpaste gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Zusatzstoff
3 bis 10 Gew °l Kalciumstearat, Magnesiumstearat, AIuminiurastearat
und/ocler Zinkstearat ,enthält.
5. Kühl- und Schmierpaste gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie neben Wasser,
Bentonit und üblichem Öl 5 bis 20 Gew£ Desinfiziens
enthält.
6. Kühl- und Schmierpaste gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 51 dadurch gekennzeichnet, daß sie neben
Wasser, Bentonit, üblichem Öl und gegebenenfalls Desinfizieno 0,1 bis 1 Gew% Geruchmittel enthält. '
7. Kühl- und Schmierpaste vorzugsweise zum Fräsen
von Stahlen gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 56,0 Gew£ Wasser, 30,P Gew?:'
Bentonit und 14,0 Gew£ Öl "Dundy 9107-KA" enthält.
8. Kühl- und Schmierpaste vorzugsweise zur Tiefziehung von Stahlplatten gemäß einem der Ansprüche
und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 44,5 Gewf'. Wasser,
5,0 Gew£ Bentonit, 44,5 Gevtfi Öl "K-22" und 6,0 Gew%
Kalciumatearate enthält.
9. Verfahren zur Verbesserung von üblichen Kühl- und Schmierflüsaigkeiten dadurch gekennzeichnet, daß 0,1
bis 20 Gewichtsteile von in den Kühl- und Schmierflüssigkeiten nicht löslichen Zusatzstoffen, vorzugsweise
die 3chmierwirkungerhöhenden Stoffe, Deainfiziens
und/oder Geruchsstoffe mit einer Mischung aus 30»0 bis
80,0 Gewichtsteil Wasser, 5,0 bis 30,0 Gewichtsteil Bentonit und gegebenenfalls 30,0 bis 50,0 Gewichtsteil
üblichem Öl vermischt und zu der Kühl- und Schmierflüssigkeit
zugegeben wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man 20,0 Gewichtsteile Formaldehyd mit 60,0
GewichtsteilenWasser und 20,0 Gewichtnteilen Bentonit
vermischt und 30 g zu 100 1 Kühl- und Schmierflünsigkeit zugibt.
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