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Die
Erfindung betrifft ein Gleit- und Schmiermittel für die
spanlose Formgebung von Metallen, die Kaltumformung von metallischen
Werkstoffen und deren Legierungen, insbesondere für das
Tiefziehen, Ziehen, Walzen, Pressen und findet gleichfalls Anwendung
bei der Kaltumformung von Kupfer, Aluminium und deren Legierungen
sowie weiterer metallischer Werkstoffe.
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Bei
der spanlosen Metallverformung sind die tribologischen Kennwerte/die
tribologische Leistungsfähigkeit der zum Einsatz kommenden
Gleit- und Schmiermittel wesentliche Grundlage für die
Qualität des herzustellenden Produktes. Dabei steht für
diese Metallverarbeitungstechniken, für das Tiefziehen,
Ziehen, Pressen und Walzen, dass der zum Einsatz kommende Gleit-
und Schmierstoff die Bearbeitungsvorgänge erleichtern und
die Verbesserung der Produkte beeinflussen soll.
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So
ist aus der
DE 23 30
806 C3 ein Schmiermittel für die spanlose Verformung
von Metallen bekannt geworden, welches aus einem Neutralfett und/oder
einem pflanzlichen Öl, einer Alkalimetallseife, Wasser
und einem Alkalimetallsalz, einer Borsäure besteht. Zur
Herstellung dieses Schmiermittels werden folgende Ausgangsprodukte
verwendet, so ein Neutralfett oder ein pflanzliches Öl,
eine Fettsäure oder ein Gemisch von Fettsäuren,
ein Alkalimetallhydroxid, Wasser und ein Alkalimetallsalz, eine
Borsäure.
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Als
Neutralfett wird tierisches Fett eingesetzt, welches von dem Alkalimetallhydroxid
nicht verseift wird und so die guten Gleit- und Schmiereigenschaften
des neuen vorgestellten Schmierfettes begründen soll.
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In
der jüngeren Zeit ist die Verwendung von wässrigen
Emulsionen mit Komponenten, die Schmiereigenschaften aufweisen,
vorgeschlagen worden und findet teilweise auch Einsatz im praktischen
Betrieb.
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So
ist mit der
DE AS 26 32 142 eine Öl-in-Wasser-Emulsion
zum Kaltwalzen von Leichtmetallen bekannt geworden, die Alkylmonocarbonsäureester
als Reaktionsschichtbildner, Polyisobutylen als hydrodynamischen
Filmbildner, polyäthoxylierte Sorbitanoleate als Emulgator,
ungesättigte, langkettige Alkylmonocarbonsäure
als Inhibitor gegen Wasserstoffversprödung und Rostbildung
sowie Hexamethylentetramin als Stabilisator sowie deionisiertes
Wasser enthält.
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Das
Problem bei diesem Schmiermittel ist, dass die durch einen Kaltumformvorgang
frisch erzeugte Metalloberfläche innerhalb weniger Sekunden
mit Wasser reagiert, so dass oberflächliche Korrosionsangriffe als
Folge zu störenden Qualitäten der Metalloberfläche
des jeweiligen hergestellten Produktes führen.
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Zur
Vermeidung dieser Nachteile schlägt die
EP 0048216 B1 eine Öl-in-Wasser-Emulsion
zum Kaltwalzen von metallischen Werkstoffen und metallischen Legierungen
vor, dieser Emulsion werden als Inhibitor zusätzlich ein
Xylit und ein Sorbit zugemischt, mit denen die Qualität
der Oberfläche des kalt umgeformten Produktes verbessert
werden soll.
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Bei
der Kaltumformung von metallischen Werkstoffen, insbesondere beim
Ziehen und Tiefziehen zur Formgebung durch plastische Verformung,
spielt der jeweilige Reibungskoeffizient zwischen dem Werkzeug und
dem Material eine wesentliche Rolle, so dass für einen
effektiven Produktionsfluss beim Tiefziehen/Ziehen ein Schmiermittel
zum Einsatz kommen muss, das sowohl die Reibung zwischen Werkzeug
und Werkstück wesentlich reduzieren soll, dies gleichzeitig
bei Wahrung der erforderlichen Oberflächenqualitäten.
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Mit
den bekannten Lösungen werden diese Prozesse nur sehr geringfügig
positiv beeinflusst, so dass es Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist, ein Gleit- und Schmiermittel derart weiterzuentwickeln, dass
die auftretende Reibung bei der Kaltumformung, insbesondere bei
den Verfahren des Ziehens und Tiefziehens, gesenkt und somit eine
Qualitätserhöhung des fertigen Produktes erzielt
wird und ferner die Nachteile der bekannten Lösungen weitestgehend
ausgeschlossen werden.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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In
den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Lösungen
und Ausführungen des Erfindungsgegenstandes angegeben.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst die Verwendung und den Einsatz eines
Gleit- und Schmiermittels, welche gekennzeichnet ist durch eine
Wirkstoffkombination, diese bestehend aus Bentonit, Wasser und weiteren
Zuschlägen, deren Grundrezeptur eine Wasser-Pflanzenöl-Bentonit-Mischung
ist, dies in der Zusammensetzung von 20 bis 70 Massenprozenten Wasser,
von 20 bis 50 Massenprozenten Pflanzenöl und von 5 bis
20 Massenprozenten Bentonit. Diese neue Wirkstoffkombination findet
Verwendung als Gleit-, Schmier- und Kühlmittel bei der
plastischen Kaltbearbeitung/Kaltumformung von Metallen und deren
Legierungen.
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Die
erfindungsgemäß hergestellte Wirkstoffkombination
bewirkt bei ihrer Anwendung neben den guten Gleit- und Schmiereigenschaften,
aufgrund des hohen Wassergehaltes der Wirkstoffkombination, auch
eine effiziente Kühlung des im Ziehprozess umzuformenden
Materials. Dies begründet im Anteil des zum Einsatz kommenden
Wassers in Bereichen von 20 bis 70 Massenprozenten. Weiterhin lasst
die Wirkstoffkombination keine schädlichen Produktrückstände
auf dem verarbeiteten Material zurück. Die erfindungsgemäß verwendete
Wirkstoffkombination besitzt eine hohe chemische Stabilität
und eine weitestgehend unbegrenzte physikalische Stabilität,
welche von besonderem Vorteil bei der Kaltumformung sind.
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Die
Vorteile des vorgestellten Gleit- und Schmiermittels werden auch
dadurch hervorgerufen und gestützt, dass der vorgestellten
Wirkstoffkombination neben den Grundbestandteilen Bentonit, Wasser
und Pflanzenölen auch weitere Zuschläge/Zusätze
beigemischt werden können. So kommen Zuschläge
zum Einsatz in Form von Polymeren in Bereichen von 0 bis 25 Massenprozenten,
in Form inerter Füller in Bereichen von 0 bis 20 Massenprozenten
sowie in Form von Emulgatoren zur Stabilisierung des vorgestellten
Gleit- und Schmiermittels in Bereichen von 0 bis 10 Massenprozenten
sowie Frostschutzmittel in Bereichen von 0 bis 20 Massenprozenten,
somit ist die Anwendung des Gleit- und Schmiermittels auch bei niedrigen
Temperaturen möglich, dies bei Wahrung der positiven Eigenschaften
des vorgestellten Gleit- und Schmiermittels.
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Erfindungsgemäß ist
ferner, dass als Zuschläge in der vorgestellten Wirkstoffkombination
pflanzliche Öle aus Naturprodukten von Soja, Raps, Palmen,
Nüssen und ähnlichen ölhaltigen Produkten
verwendet werden, die insbesondere die positiven Gleiteigenschaften
des vorgestellten Gleit- und Schmiermittels bewirken, wobei der
Mengenanteil der zum Einsatz kommenden Zuschlagstoffe genau wie
das Wasser und das Bentonit in Abhängigkeit der herrschenden
Verformungskräfte beim Zieh- bzw. Tiefziehprozess bestimmt
werden.
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Eine
wesentliche Komponente der vorgestellten Wirkstoffkombination des
erfindungsgemäßen Gleit- und Schmiermittels ist
der Einsatz des Bentonits, welches ein natürlich vorkommendes
Tonmineral ist, welches die Vorteile verbesserter Eigenschaften
zur Reduzierung der Reibungskoeffizienten beim Ziehen und beim Tiefziehen
begründet, ferner ist es nicht umweltgefährdend
und seine Material- und Herstellungskosten sind gegenüber
vergleichbaren Produkten bzw. Komponenten, die in bekannten Gleit-
und Schmiermitteln zum Einsatz kommen, gering.
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Von
Vorteil bei Einsatz des Bentonits in dem vorgestellten Gleit- und
Schmiermittel ist ferner, dass dieses Gleit- und Schmiermittel eine
hohe Umweltverträglichkeit besitzt, dies auch darin begründet,
dass keine synthetisch hergestellten Schmieröle verwendet
werden und das Bentonit insbesondere positiv bezüglich
der Umweltverträglichkeit wirkt.
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In
diesem Zusammenhang sei der Hinweis gestattet, dass in einer Vielzahl
von Ländern der Einsatz von synthetisch hergestellten Schmierölen
eben aus Gründen der Umweltverträglichkeit untersagt
ist, somit ein weiterer wesentlicher Vorteil des neuen Gleit- und
Schmiermittels begründet wird.
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Das
zum Einsatz kommende Bentonit ist ein Schichtmineral, welches unter
Berücksichtigung bestimmter Massenprozentanteile mit Wasser
und weiteren Zuschlagstoffen, wie oben bereits ausgeführt,
gemischt wird und nach dem Mischvorgang ein Endprodukt in Form eines
sofort verwendbaren Gleit- und Schmiermittels zur Verfügung
steht, welches auf der Basis von Naturstoffen hergestellt ist und
das in dem Gleit- und Schmiermittel eingesetzte Bentonit so mit
Wasser aufgeschlossen ist, dass das Bentonit und das fertige Gleit-
und Schmiermittel nicht mehr nachquillt, was sich positiv auf den
jeweiligen Kaltumformprozess auswirkt.
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Dies
auch damit begründet, dass das Bentonit im gequollenen
Zustand eine hohe Gelfestigkeit besitzt, welche über längere
Zeiträume beibehalten wird und so die guten Gleit- und
Schmiereigenschaften des erfindungsgemäßen Produktes
erhalten und begründen.
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Das
erfindungsgemäße Gleit- und Schmiermittel ist
besonders gekennzeichnet durch die Wirkstoffkombination, bestehend
aus Bentonit, Wasser und Pflanzenöl. Diese Wirkstoffkombination
ist wasserbasierend und besteht aus naturnahen Stoffen, weist hohe
Gleit- und Schmiereigenschaften auf, die die Grundlage für
eine zuverlässige Gleit- und Schmierwirkung des geschaffenen
Gleit- und Schmiermittels bilden.
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Die
bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Gleit-
und Schmiermittels zum Einsatz kommenden Zuschläge und
Zusatzstoffe begründen die bessere Verarbeitung und Lagerung
des Gleit- und Schmiermittels gegenüber bekannten Produkten
und es sind überwiegend natürliche Produkte, so
Polymere, inerte Füller, Emulgatoren und Frostschutzmittel.
Diese zum Einsatz kommenden Zusatzstoffe verbessern die Reibungskoeffizienten
des Gleit- und Schmiermittels und sind somit auch Grundlage, dass
die Umformkräfte beim Zieh-/Tiefziehprozess gesenkt und
somit qualitative Produkteigenschaften für kaltverformte
Werkstücke herausgearbeitet werden.
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Neben
dem Einsatz des Schichtminerals Bentonit können auch andere
Schichtmineralien verwendet werden, so beispielsweise Schichtmineralien
auf Basis tonmineralisch-natürlicher Strukturen, die in
ihren Grundeigenschaften mit denen des Bentonits übereinstimmen
und so die qualitativen Wirkungen des Bentonits in dem neuen Produkt
des Gleit- und Schmiermittels stützen.
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Unter
Anwendung der vorliegenden Erfindung werden die tribologischen Kennwerte
positiv beeinflusst. Ferner enthält das vorgestellte Gleit-
und Schmiermittel keine toxischen Additive, es ist nicht giftig
und brennbar und beinhaltet keine flüchtigen oder mineralölhaltigen
Stoffe, so dass bei Anwendung des vorgestellten Gleit- und Schmiermittels
die dargelegten Vorteile sowohl beim Prozess der Kaltumformung als
auch bei dem bearbeiteten Endprodukt erhalten bleiben.
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Ein
nach der Erfindung hergestelltes Gleit- und Schmiermittel besteht
beispielsweise aus:
| – Bentonit: | 10
Massenprozente, |
| – Pflanzenöl: | 20
Massenprozente, |
| – Wasser: | 50
Massenprozente, |
| – Polymeren: | 5
Massenprozente, |
| – inerten
Füllern: | 5
Massenprozente, |
| – Emulgatoren: | 7
Massenprozente, |
| – Frostschutzmittel: | 3
Massenprozente. |
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Alle
zum Einsatz kommenden Produktbestandteile werden in einem Mischungsprozess
verarbeitet und im Ergebnis steht ein Gleit-Schmiermittel zur Verfügung,
welches unmittelbar eingesetzt werden kann.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel für ein Gleit- und
Schmiermittel nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Bestandteile:
| – Bentonit: | 15
Massenprozente, |
| – Pflanzenöl: | 13
Massenprozente, |
| – Wasser: | 60
Massenprozente, |
| – Polymeren: | 0
Massenprozente, |
| – inerten
Füllern: | 8
Massenprozente, |
| – Emulgatoren: | 4
Massenprozente. |
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Durch
den Einsatz des Bentonits in den beschriebenen Wirkstoffkombinationen
werden die Vorteile des Gleit- und Schmiermittels hinsichtlich der
verbesserten Eigenschaften zur Reduzierung des Reibungskoeffizienten
gewährleistet und ferner der Vorteil begründet,
dass dieses Gleit- und Schmiermittel nicht umweltgefährdend
ist und ferner dieses neue Schmiermittel mit geringen Material-
und Herstellungskosten produzierbar ist.
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Die
zum Einsatz kommenden erfindungsgemäßen Zuschlage
sind pflanzliche Öle, so dass auf den Einsatz synthetischer Öle
vollends verzichtet werden kann, somit zum einen den gesetzlichen
Forderungen entsprochen wird, auf synthetisch hergestellte Schmieröle
aus Gründen der Umweltverträglichkeit zu verzichten,
somit wird den Forderungen nach Umweltverträglichkeit derartiger
Gleit- und Schmierstoffe entsprochen, und zum anderen das Reibverhalten
bei der Kaltumformung, insbesondere beim Zieh- oder Tiefziehprozess verbessert
wird.
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Dabei
ist das zum Einsatz kommende Wasser nicht nur Trägermaterial
für das Bentonit, es bewirkt auch die Aufquellung des Bentonits,
so dass das Bentonit seine guten Gleiteigenschaften im geschaffenen Gleit-
und Schmiermittel entfalten kann.
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Auf
dem Endprodukt verbleiben keine Rückstände, diese
können jedoch durch einen nachfolgenden Waschvorgang beseitigt
werden, wenn eine derartige Nachbehandlung erforderlich wird.
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Durchgeführte
Untersuchungen und Versuche haben die oben beschriebenen Eigenschaften
des vorgestellten Gleit- und Schmiermittels bestätigt.
Insbesondere der Vergleich mit einem bekannten leistungsfähigen
Ziehöl diente als Maß für die tribologische
Leistungsfähigkeit des neuen Gleit- und Schmiermittels.
Die Untersuchungen erfolgten auf einer Versuchsanlage in Ziehversuchen.
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Diese
Aussagen werden gestützt durch die nachfolgenden Angaben/Vergleichswerte
der durchgeführten Versuche. In einem ersten Vergleich
wurden bereits bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten gegenüber
dem ersten Vergleichsprodukt verbesserte Werte bezüglich
des Reibverhaltens und der Flächenpressung erzielt. So
liegt die Reibung um 36% unter dem Vergleichsprodukt und die „maximale
Flächenpressung” fällt um 167% höher
aus. Bei höheren Gleitgeschwindigkeiten zeigt sich ein
noch besseres Reibergebnis. Hier erreicht der neue Gleit- und Schmierstoff
um 14% niedrigere Reibzahlen und eine um 100% höhere maximale
Flächenpressung.
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In
einem weiteren Versuch, bei dem ein Gleit- und Schmiermittel mit
veränderter Rezeptur zum ersten Versuch getestet wurde,
wurden sehr gute Ergebnisse gegenüber dem Vergleichsprodukt
erzielt. Bei der niedrigen Gleitgeschwindigkeit erreicht dieses
Produkt um 19% höhere Reibwerte und um 73% höhere
Flächenpressungswerte. Bei hoher Gleitgeschwindigkeit ergibt
sich ein annähernd gleiches Reibniveau (+3%), aber es werden
um deutliche 40% höhere Flächenpressungen erreicht.
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Hinsichtlich
des Stick-Slip-Verhaltens (ständiges Wechseln zwischen
Haft- und Gleitreibungszustand im hohen Frequenzbereich) fallen
alle Testschmierstoffe gleichermaßen positiv auf. Während
dieser Effekt bei den beiden Vergleichsschmierstoffen nach der Erfindung
bereits bei der niedrigen Flächenpressung von 1 bzw. 2
N/mm2 beginnt, zeigen die Gleit-Schmiermittel
nach der Erfindung bis zur Haftgrenze keinerlei Stick-Slip-Effekte.
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Auf
der Grundlage durchgeführter Untersuchungen ist im Ergebnis
festzustellen, dass das geschaffene Gleit- und Schmiermittel insbesondere
vorteilhaft einsetzbar ist bei dem Kaltumformen von Blechen im Zieh-/Tiefziehprozess
und so hergestellte Bleche vorrangig in der Automobilindustrie zum
Einsatz kommen. Dabei sind die Anforderungen an derartige Werkstoffe
sehr hoch gesteckt sind, da der Trend der Automobilbauer dahin geht,
immer leistungsfähigere Kraftfahrzeuge zu entwickeln, deren
Leistungsfähigkeit auch durch die Anwendung der entsprechenden
Werkstoffe zur Herausbildung der Automobilkarosserie beeinflusst
wird und hier durch den Einsatz des geschaffenen Gleit- und Schmiermittels
die tribologischen Kennwerte/die tribologischen Leistungsfähigkeiten
so behandelter Tiefziehbleche sehr positiv beeinflusst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2330806
C3 [0003]
- - DE 2632142 [0006]
- - EP 0048216 B1 [0008]