DD249858A5 - Verfahren und vorrichtung zum suspendieren von festschmierstoffen - Google Patents
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Abstract
Festschmierstoffe, die bei der spanlosen Warmumformung von Metallen Anwendung finden, enthaltend Graphit und Polymere, werden in Wasser als Traegerfluessigkeit, in einer Kolloidmuehle vorsuspendiert und unmittelbar anschliessend in einem Intensivmischer einem weiteren Mischprozess unterworfen und dabei zu einer stabilen Suspension verarbeitet. Figur
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Suspendieren von von Festschmierstoffen, die bei der spanlosen Warmumformung von Metallen Anwendung finden, enthaltend Graphit und Polymere in Wasser als Trägerflüssigkeit.
Aus den CH-PS 596294 und 609728 sind Festschmierstoffe für die spanlose Metallumformung bei hohen Temperaturen bekannt, enthaltend Graphit, Polymerisate, Suspensionshilfsmittel und gegebenenfalls weitere Hilfsmittel, wie Bakterizide, die mit Wasser eine Suspension bilden. Der Zusatz der Bakterizide ist notwendig um eine bakterielle Zersetzung der Festschmierstoffsuspension bei der Lagerung zu vermeiden; die Suspensionshilfsmittel erfüllen den Zweck, die flüssigen und festen Bestandteile auch über längere Zeiträume in homogener Mischung zu halten. Die Festschmierstoffsuspension braucht sich während der Verarbeitung auf, d.h. das Wasser verdampft auf dem Werkzeug der Werkstücke, der Polymeranteil brennt ab.
Bei der Verarbeitung der Festschmierstoffe unterliegen die bakteriziden Zusätze ebenfalls einer Verdampfung, was in Anbetracht deren möglicher Giftigkeit unerwünscht ist und zusammen mit den Suspensionshilfsmitteln bilden sie einen nicht unerheblichen nichtschmierenden Teil der Festschmierstofformulation.
Aufgabe vorliegender Erfindung war es, ein Verfahren vorzuschlagen, das es ermöglicht, eine homogene und stabile Festschmierstoffsuspension, enthaltend eine Trägerflüssigkeit, in der Regel Wasser, Graphit und Polymere, unmittelbar am Ort des Verbrauchs herzustellen, ohne Zusatz von Bakteriziden und mit einem möglichst geringen Gehalt an Suspensionshilfsmittein.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Bestandteile des Festschmierstoffes und Wasser als Trägerflüssigkeit in einer Kolloidmühle vorsuspendiert werden und unmittelbar anschließend in einem Intensivmischer einem weiteren Mischprozeß unterworfen und dabei zu einer stabilen Suspension verarbeitet werden.
Zur Ausführung des Verfahrens können die trockenen, vorgemischten Bestandteile des Festschmierstoffes und das Wasser in der Kolloidmühle zusammengeführt werden.
Als trockene, vorgemischte Bestandteile wird die Mischung von Graphit, dem Polymer und allfälligen Zusätzen, wie Suspensionshilfsmitteln, Filmstabilisatoren, gegebenenfalls auch Netzmitten und anorganischen Additive, bezeichnet.
Dem Wasser können allenfalls auch Zusätze, wie z. B. Netzmittel, Lösungsmittel, Filmbildner, pH-Stabilisator, lösliche anorganische Salze (z. B. Phosphate) usw. schon vorgängig beigefügt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Wasser, gegebenenfalls mit den genannten Zusätzen, wie Suspensionshilfsmitteln, Netzmitteln oder Lösungsmitteln usw., zusammen mit dem Polymer, z. B. als Kunststoff-Dispersion, vorgemischt werden und diese Mischung in der Kolloidmühle mit dem Graphit, der gegebenenfalls mit z. B.
Suspensionshiifsmitteln, Filmstabilisatoren usw. homogen vermischt ist, zugeführt werden.
Als Kolloidmühle können an sich handelsübliche Geräte angewendet werden, wobei sich für den speziellen Zweck und im Hinblick auf die Eigenschaften der zu verarbeitenden Produkte Anpassungen notwendig sein können. Zu solchen Anpassungen gehören die Dimensionierung des Antriebes, Pulverförderer, Flüssigkeits- und Pulvereinlässe und -ventile, Abstreifer und Schaltvorrichtungen.
Die Spaltweite zwischen dem Rotor und Gehäuse kann 0,01 bis 3mm betragen; die Umfangsgeschwindigkeit, errechnet aus Rotorumfang und Drehzahl kann 10 bis40m/sec. betragen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Suspensionen mit einem Feststoffgehalt von 1 bis 70 Gew.-% hergestellt werden. Die Möglichkeit, derart hohe Feststoffgehalte in der Suspension zu erzielen, war unser überraschender, als die einzelnen Bestandteile des Festschmierstoffes sehr niedrige Schüttgewichte aufweisen. Diese liegen für Graphit bei 0,2 bis 0,5 kg/l, für die Polymere und Zusätze bei 0,2 bis 0,7 kg/l und beispielsweise für eine typische trockene Mischung bei 0,2 bis 0,5 kg/l. Somit ist schon für eine 25Gew.-%ige Suspension das Volumen des Festschmierstoffes größer als das Volumen des zur Herstellung der Suspension benötigten Wassers.
Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz der Kolloidmühle gelingt es, eine Klumpenbildung der Feststoffe sicher zu vermeiden. Die Verweildauer der Komponenten im Mischbereich der Kolloidmühle liegt zweckmäßig im Bereich von 0,01 bis5sec.
Die Stabilität derart hergestellter Suspensionen ist jedoch beschränkt und die Feststoffe sedimentieren rasch. Eine unmittelbare Weiterbehandlung der Suspension in einem Intensivmischer, wobei eine durchschnittliche Verweilzeit von 60bis3000sec, vorzugsweise 150 bis 300see, eingehalten werden soll, führt zu stabilen Suspensionen.
Geeignete Intensivmischer sind zweckmäßig Mischer mit wenigstens einer gleichläufigen Rührflügelwelle oder gegenläufigen Rührflügelwellen, Rührwerkskugelmühlen, Leitstrahlmischer oder Schneckenmischer, vorzugsweise in kaskadenförmiger Anordnung. Würden die Bestandteile, also der Festschmierstoff und das Wasser, beispielsweise nur in einem Intensivmischer zu der Festschmierstoffsuspension vermischt, ließe sich eine Klumpenbildung und Inhomogenität in der Suspension weder vermeiden noch beheben.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung, dem Nacheinanderschalten einer Kolloidmühle und einem Intensivmischer gelingt es, aus der Trägerflüssigkeit und den Feststoffen eine völlig klumpenfreie, homogene Feststoffsuspension zu erhalten, deren Bestandteile vollständig benetzt und soweit dazu geeignet, aufgeschlossen sind. Eine derart hergestellte Suspension ist klumpenfrei und hat eine, gemessen an der Art und Menge des Suspensionshilfsmittels, wesentlich verlängerte Standzeit und eine Sedimentation der Feststoffe tritt erst nach wesentlich längeren Zeiträumen auf, als das bei einem Mischen und Suspendieren mit nur einem der erfindungsgemäßen nacheinander angeordneten Mischer möglich wäre.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Festschmierstoffe sind z. B. bekannt aus den CH-PS 596294 und
609728. Entsprechend sind die zur Anwendung gelangenden Ausgangsmaterialien wenigstens ein Festschmierstoff, bevorzugt Graphit, insbesondere solche Graphite mit hoher Reinheit, beispielsweise über 90%, und einer durchschnittlichen Korngröße von nicht mehr als 300 Mikrometer. Die besten Ergebnisse lassen sich mit dem Graphit von 96 bis 99,5% Reinheit und einer durchschnittlichen Korngröße von 100 Mikrometer erzielen. Gegebenenfalls ist die Anwendung von Molybdändisulfid, CaF2 oder BN allein oder im Gemisch mit Graphit sinngemäß im Rahmen vorliegender Erfindung denkbar.
Unter Polymeren werden die sich in Wärme rückstandsfrei zersetzenden organischen Produkte, beispielsweise Alkylenhomopolymere oder -copolymere verstanden. Dazu zählen die Homo- und Copolymere von Alkenen (Monoolefine, Diolefine etc.), Vinylestern, Vinylalkoholen, ungesättigte dibasischen Säuren und Estern (Dicarboxylsäuren und -ester), Alkylestern und acyclische Säuren und Estern.
Das Alkylenhomopolymer oder -copolymer kann Polyethylen, Polymetnylmethacrylat, Polystyrol, Polybutadien, Polyvinylacetat, Polyvinylpropionat, ein Copolymer aus Methylmethacrylat und Styrol, ein Copolymer aus Methylmethacrylat und Alphamethylstyrol, Polydiallylphthalat, Polypropylen, ein Copolymer aus Styrol und Butadien, Polymethylmethacrylat, ein Copolymer aus Vinylacetat und Dibutylmaleinat, ein Copolymer aus Vinylacetat und Ethylen und Polyisobutylen, sein.
Die genannten Polymere können allein oder im Gemisch untereinander trocken oder geeignetenfalls als Dispersion angewendet werden.
Als Suspensionshilfsmittel können beispielsweise Stoffe aus der Gruppe Polysaccharide, wie Stärke, Cellulosen, Inulin, Glycogen Agar, Levan, Dichinon, Pectin, Lignin und Araban, ferner können Alkylcellulosen, wie z. B. Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Butyicellulosen, oder Alginate, wie Natriumalginat, Kaliumalginat, Propylenglykolalginat und Ammoniumalginat, oder Gemische der Substanzen angwendet werden.
Der Festschmierstoff soll bei deren Anwendung als 1 bis70Gew.-%ige homogene wäßrige Dispersion vorliegen und eine Viskosität von 100 bis 30000cp bei 5 bis 5O0C aufweisen.
Um die Viskosität der Dispersion zu erreiche, kann auch ein gegebenenfalls im Festschmierstoff enthaltener organischer Stabilisator ausreichend sein. Es ist aber auch möglich, durch einen Verdicker oder ein Gemisch von Verdickern die Viskosität zu steuern. Aus der Reihe von geeigneten Verdickern eignen sich z. B. wasserlösliche Polysaccharide, Alkylcellulosen, Polyvinylalkohole, Polyarylate, Polyvinylpyrrolidon, gegebenenfalls noch anorganische Substanzen, insbesondere Mineralien, wie Tone oder Kieselsäure.
Weitere Zusätze können anorganische Additive sein und aus der Reihe der Borverbindungen, der Polyphosphate und der Alkalisilikate, allein oder in Mischung untereinander gewählt werden. Zu diesen Verbindungen gehören Polyphosphat in unlöslicher oder schwerlöslicher Form. Vorzugsweise kommen als Polyphosphate Madrellsche Salze oder Kurrolsche Salze zur Anwendung. Dabei handelt es sich um Verbindungen der Art (Na PO3In mit η = 6 bis 50000, vorzugsweise 6—10000. Die Borverbindung kann in löslicher und vorzugsweise in schwerlöslicher oder unlöslicher form angewendet werden.
Als Borverbindung können beispielsweise Borax, Borsäure, B2O3, KB5O8 · 4H2O oder Zinkborat angwendet werden.
Das zur Anwendung gelangende Alkalisilikat ist bevorzugt ein Natronwasserglas oder Kaliwasserglas mit einem SiO2-Gehalt zwischen 21 und 47%.
Zur sicheren Benetzung des pulverigen Festschmierstoffgemisches kann es hilfreich sein, dem Gemisch und/oder dem Wasser ein Netzmittel zuzufügen. Beispiele von solchen Netzmitteln sind Alkylarylsulfonate, Fettsäureamine, Fettseifen, substituierte Amide der Alkylphosphate, sulfonierte Ester der Dicarboxylsäure, sulfonierte Fettamide, Alkylamine, Natriumalkylsulfate, aliphatische Aminester, Polyether, wie Polyoxyethylen und Polyoxypropylen, sulfonierte hohe Phenole oder Naphthalensulfonate.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Festschmierstoffsuspensionen können beispielsweise als Feststoffkomponente 1 bis90Gew.-% Festschmierstoff, vorzugsweise Graphit, 1 bis50Gew.-% Polymer, 1 bis80Gew.-% anorganischen Zusatz und 0,2 bis 80Gew.-% eines organischen Stabilisierungsmittels enthalten.
Als Trägerflüssigkeit wird Wasser angwendet, wobei allfällige Zusätze zum Wasser, wie Netzmittel, Lösungsmittel, wie z. B.
Alkohole, Ester, Ketone oder Aldehyde, miteingeschlossen sind. Derartige Zusätze im Wasser können notwendig sein, um beispielsweise den Festschmierstoff und dabei den äußerst schlecht benetzbaren Graphit rasch in Suspension zu bringen oder beispielsweise den Polymeranteil rasch anzulösen oder anzuquellen.
Die Festschmierstoffe eignen sich für eine Hochtemperaturanwendung, bei Temperaturen von 300 bis 1 300°C, beispielsweise für die Schmierung von Werkzeug, z. B. Dorn, Dornstange oder Matrize und Werkstücke, beispielsweise Luppe oder Rohr, bei der Warmumformung in sogenannten „multiple pipe mills", Kontistrassen, Pilgerschrittwalzwerken, Asselstraßen, Stroßbankanlage, Stangenpressen oder Anstauchpressen, und in Walzstraßen zum Profil- und Blechwalzen. Die bevorzugt zur Bearbeitung gelangenden Materialien sind dabei Eisen und Stahl.
Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Suspension wird durch Aufstreichen, Aufbürsten und bevorzugt durch Aufsprühen auf das heiße Werkstück oder das heiße Werkzeug resp. Walze aufgetragen, wobei die Trägerflüssigkeit, in vorliegendem Falle das Wasser, und anfällige flüchtige Zusätze verdampfen und einen wasserfesten, graphithaltigen Schmelzfilm aus dem Polymer zurücklassen. Die Wasserfestigkeit des Filmes wird gefordert, um nötigenfalls die mit dem Festschmierstoff beschichtete Oberfläche kühlen zu können.
Wesentliches Merkmal des Festschmiermittel sind die filmbildenden Eigenschaften. Diese zeigen sich aber nicht erst am Anwendungsort, also auf dem Werkstück oder Werkzeug, sondern schon während des Mischens, also bei der Berührung der Feststoffe und dann insbesondere der Polymere mit dem Wasser. Es ist deshalb um so überraschender, daß es nun gelingt, nach dem Verfahren der Erfindung einen extrem schlecht benetzbaren Stoff, wie Graphit, und ein Polymer mit stark film bildenden bis klebenden Eigenschaften, wobei der sich ausbildende Film anschließend wasserfest sein muß, mit Wasser klumpenfrei und homogen zu mischen. Erschwerend kommt beim Verfahren hinzu, daß das Volumen der Feststoffe aufgrund deren niedrigen Schüttgewichts das Volumen des Wassers übertreffen können. Schließlich muß die Suspension, gemessen an der Menge des Zusatzes von Suspensionshilfsmitteln, extrem stabil sein und darf über längere Zeiträume keine Entmischung oder Sedimentation zeigen.
Die Erfindung umfaßt weiters die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus einer
Kolloidmühle und einem unmittelbar nachgeordneten Intensivmischer. ..·,·. -..
Die Kolloidmühle kann eine Spaltweite von 0,01 bis 3 mm aufweisen und kann mit Umfangsgeschwindigkeiten von 10 bis 40m/sec. betrieben werden. Die ganze Anlage ist zweckmäßig für Durchsätze von 25 bis 1200 kg/h und vorzugsweise bis 2000kg/h Material ausgelegt.
Die Abbildung gibt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung wieder. Die Kolloidmühle 1 besteht im wesentlichen aus Gehäuse 2 und Rotor 3, der durch Antrieb 4 in Bewegung gesetzt wird. Aus einem Vorratsgefäß 5 wird das Graphit/ Polymergemisch oder der Graphit allein, jeweils mit den weiteren möglichen Zusätzen, und durch die Zuführung 6 das Wasser, allenfalls im Gemisch mit dem Polymer und anderen allfälligen Zusätzen, in die Kolloidmühle 1 geführt. Unmittelbar nach dem Auslaß 7 der Kolloidmühle, durch eine Schlauchleitung 8, wird die vorgemischte Suspension in einem Intensivmischer 9, hier beispielhaft dargestellt mit einem kaskadenförmig angeordneten Blattrührer 10, geleitet. Nach dem Intensivmischer 9 kann ein Vorratsgefäß 11 vorgesehen sein, das mit einem Fülistandsmesser ausgerüstet sein kann und entsprechend dem Füllstand die Anlage ein-und ausschaltet.
Claims (10)
1. Verfahren zum Suspendieren von Festschmierstoffen, die bei der spanlosen Warmumformung von Metallen Anwendung finden, enthaltend Graphit und Polymere in Wasser als Trägerflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile des Festschmierstoffes und Wasser in einer Kolloidmühle vorsuspendiert werden und unmittelbar anschließend in einem Intensivmischer einem weiteren Mischprozeß unterworfen und dabei zu einer stabilen Suspension verarbeitet werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trockenen, vorgemischten Festschmierstoffbestandteile und das Wasser in der Kolloidmühle zusammengeführt werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphit und das im Wasser vorgemischte Polymer in der Kolloidmühle zusammengeführt werden.
4. Verfahren nach Patentansprüchen 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolloidmühle eine Spaltweite von 0,01 bis 3 mm aufweist.
5. Verfahren nach Patentansprüchen 1, 2,3, und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolloidmühle mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 10 bis 40 m/sec, vorzugsweise 15 bis 20 m/sec, betrieben wird.
6. Verfahren nach Patentansprüchen 1, 2,3,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension mit einem Feststoff gehalt von 1 bis 70 Gew.-% hergestellt wird.
7. Verfahren nach Patentansprüchen 1, 2,3,4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweildauer des Mischgutes im Intensivmischer 60 bis 3000see, vorzugsweise 150 bis 300see, beträgt.
8. Vorrichturig.zur Ausführung des Verfahrens nach Patentansprüchen 1, 2,3,4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer Kolloidmühle und unmittelbar nachgeordnet einem Intensivmischer besteht.
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolloidmühle eine Spaltweite von 0,01 bis 3 mm aufweist und mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 10 bis 40 m/sec. betrieben wird.
10. Vorrichtung nach Patentansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensivmischer, ein Mischer mit wenigstens einer gleichläufigen Rührflügelwelle oder gegenläufigen Rührflügelwellen ist, oder es sich um eine Rührwerkskugelmühle, einen Leitstrahlmischer oder einen Schneckenmischer handelt und die Verweildauer des Mischgutes im Intensivmischer 60 bei 3 000see, vorzugsweise 150 bis 300 see, beträgt.
Hierzu 1 Seite Zeichnung
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