DE3008500C2 - - Google Patents
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Description
Viele Schmiermittel erfordern Höchstdruckzusätze, welche
auf Schwefelverbindungen basieren. Bei hohen Kontaktdrücken
erhitzt sich das bearbeitete Metall an seiner Oberfläche
und reagiert mit dem Schwefel, wobei sich Metallsulfide bilden,
welche dazu beitragen, die Grenzreibung und das Aneinanderschweißen
des bearbeiteten Metalls und des Metallbearbeitungswerkzeugs,
wie einer Drehbank, eines Bohrers, eines
Stanzwerkzeugs, einer Säge, einer Nagelmaschine,einer
Automatendrehmaschine oder ähnlicher Werkzeuge zu verhindern.
Die herkömmlichen Schmiermittelzusätze auf Schwefelbasis
sind entweder nicht wasserlöslich und müssen als
Emulsion zubereitet werden oder sie sind ionischer Natur
und bilden in hartem Wasser Schaum bzw. Niederschläge.
Beispiele dafür sind schwefelhaltige (sulfurized) Mineralöle,
schwefelhaltige ungesättigte Fette oder Fettsäuren,
einige synthetische organische schwefelhaltige Verbindungen,
anorganische Polysulfide und schwefelhaltige Salze,
Emulsionen haben häufig keine hohe Stabilität; sie sind
vielmehr gegenüber dem Angriff von Bakterien anfällig und
hinterlassen Rückstände. Ein weiterer Nachteil besteht
darin, daß die Schmieröle aufgrund des Emulgatorgehalts
der Emulsion an den bewegten Teilen des Maschinenwerkzeugs
in emulgierter Form in die Schneidflüssigkeit verschleppt
werden können, was die Arbeitsweise der Maschine beeinträchtigt.
Ein weiterer Nachteil von Emulsionen ist der, daß sie
Beseitigungsprobleme aufwerfen können, wenn man sie verwirft.
Die Emulsionen müssen bewußt häufig gebrochen und
die Öl- und Wasserphase getrennt verworfen werden, damit
die Umweltschutzvorschriften erfüllt sind.
Derzeit verfügbare ionische schwefelhaltige Salze, wie Salze
von Mercaptobenzothiazol, haben den Nachteil, daß sie mit
den Schwermetallionen ausfallen, welche in gewöhnlichem Leitungswasser
vorliegen oder aus der Oxidation des bearbeiteten
Metallstücks resultieren. Aus diesem Grunde müssen
sie mit Chelatbildnern formuliert werden, welche die Korrosion
des Werkstücks und der Maschine beschleunigen.Wegen
seiner hohen Wasserlöslichkeit überwindet das erfindungsgemäß
verwendete Diäthanoldisulfid die bei Emulsionen und
ionischen schwefelhaltigen Salzen auftretenden Probleme.
Die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten bzw.
-fluide werden dadurch in Kontakt mit dem Metallwerkstück
gebracht, daß man die Flüssigkeit aufsprüht, einen Strom
der Flüssigkeit gegen das Werkstück richtet oder das Werkstück
in solcher Weise in die Flüssigkeit eintaucht, daß
sich das Werkstück, das Metallbearbeitungswerkzeug und die
Metallbearbeitungsflüssigkeit sämtlich in innigem Kontakt
befinden.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß Diäthanoldisulfid
(2,2′-Dithiobiäthanol) ein wirksamer wasserlöslicher
Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz für wäßrige
Schmiermittelsysteme ist, ohne daß die Nachteile der vorgenannten
schwefelhaltigen Höchstdruckzusätze auftreten.
Diäthanoldisulfid ist eine organische, nicht-ionische Verbindung,
welche in allen Mengenverhätlnissen in Wasser löslich
ist. Die Verbindung hat im allgemeinen einen Schwefelgehalt
von mehr als 40 Gew.-% bei einer chemischen Struktur,
welche die Verbindung zu einem sehr wirksamen und vorteilhaften
Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz macht. Diäthanoldisulfid
fällt in hartem oder saurem Wasser nicht
aus der Lösung aus. Es hat die zusätzlichen Vorteile eines
geringen Geruchs und heller Farbe; außerdem führt es nicht
zur Schaumbildung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Metallwerkstück
bearbeitet, indem man es mit einem Metallbearbeitungswerkzeug
erfaßt, wobei ein inniger Kontakt mit einer wirksamen
Menge der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeit
vorhanden ist. Diese Flüssigkeit umfaßt einen Hauptanteil
an Wasser und eine wirksame Menge an Diäthanoldisulfid,
welcher der Flüssigkeit höchstdruckbeständige Eigenschaften
und Antiverschleißeigenschaften verleiht. Gegebenenfalls
können wirksame Mengen an einem oder mehreren konventionellen
Bearbeitungsflüssigkeitszusätzen vorhanden sein, wie
Gleitmitteln, Rostschutzmiteln, Netzmitteln, Schauminhibitoren,
Germiciden, Chelatbildnern, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren,
Farbstoffen und Parfüms.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wurde gefunden,
daß Gemische von Diäthanoldisulfid und wasserlöslichen
Polyoxyalkylenglykolen mit einem Mindestmolekulargewicht
von etwa 100 in Wasser eine synergistische Aktivität zeigen,
wenn sie in wirksamen Anteilen eingesetzt werden, daß
sie bei hohen Belastungen in Metallbearbeitungsflüssigkeiten
Höchstdruck- und Antiverschleißeigenschaften ergeben.
Diäthanoldisulfid zeigt bereits bei Konzentrationen von nur
0,05 Gew.-% in Wasser Höchstdruck- und Antiverschleißeigenschaften.
Gegebenenfalls können wirksame Mengen an einem
oder mehreren herkömmlichen Metallbearbeitungsflüssigkeitszusätzen
vorhanden sein, wie an Schmier-oder Gleitmitteln,
Rostschutzmitteln, Netzmitteln, Schauminhibitoren, Germiciden,
Chelatbildnern, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren,
Farbstoffen oder Parfüms.
Diäthanoldisulfid ist als solches ein wirksamer Höchstdruckzusatz
und ein wirksames Antiverschleißmittel und kann somit
als einziges Mittel dieses Typs in den erfindungsgemäßen
Metallbearbeitungsflüssigkeiten eingesetzt werden. Für
spezielle Arbeitsvorgänge kann man jedoch auch andere
Höchstdruck- und Antiverschleißzusätze mit Diäthanoldisulfid
in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
kombinieren.
Es folgt eine nähere Erläuterung der Erfindung.
Es wurde gefunden, daß Diäthanoldisulfid (HOC₂H₄S₂C₂H₄OH)
ein hochwirksamer Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz
für Metallbearbeitungsflüssigkeiten bzw. -fluide auf Wassergrundlage
ist. Das Schwefelgehalt von Diäthanoldisulfid
beträgt über etwa 40 Gew.-%, jedoch bewahrt die Verbindung
selbst in Gegenwart von Schwermetallionen in sämtlichen
Mengenverhältnissen ihre Wasserlöslichkeit. Diäthanoldisulfid
ist eine transparente Flüssigkeit mit einer Viskosität
von 53×10-2 m²/s (53 cst) bei 40°C.
Diäthanoldisulfid kann dadurch hergestellt werden, daß
man 2 Mol 2-Mercaptoäthanol mit 1 Mol Schwefel in Gegenwart
eines basischen Katalysators, wie Triäthylamin, umsetzt.
Der als Nebenprodukt gebildete Schwefelwasserstoff
wird aus dem Reaktionsgemisch durch Hindurchleiten von Luft
oder eines anderen Inertgases bei etwa 100°C ausgetrieben.
Bei dieser Herstellungsweise werden ferner geringere Mengen
an Diäthanoltrisulfid und höheren Diäthanolpolysulfiden erzeugt.
Diese Produkte sind wegen ihrer begrenzten Wasserlöslichkeit
nicht so gut brauchbare Metallbearbeitungsflüssigkeitszusätze
wie Diäthanoldisulfid. Das 2-Mercaptoäthanol
wird von mehreren Herstellern in den Handel gebracht.
Der theoretische Schwefelgehalt von Diäthanoldisulfid beträgt
41,58 Gew.-%. Der Schwefelgehalt des in der vorstehend
beschriebenen Weise hergestellten Diäthanoldisulfids
kann 37 bis 46 Gew.-% betragen, da Mischen von geringeren
Anteilen von Thiodiäthanol und Diäthanolpolysulfiden
vorliegen können. Wenn in der vorliegenden Beschreibung
und in den Ansprüchen Diäthanoldisulfid erwähnt wird, soll
damit ein Diäthanoldisulfid mit einem Schwefelgehalt von
37 bis 46 Gew.-% einbezogen sein.
Es wurde gefunden, daß sich ein Diäthanoldisulfid als Höchstdruckzusatz
(EP-Zusatz) und Antiverschleißzusatz für Metallbearbeitungsflüssigkeiten
auf Wasserbasis eignet,
beispielsweise für Mahl-, Schleif-, Schneide-, Gewindeschneide-,
Bearbeitungs- und Sägeflüssigkeiten. Seine
Brauchbarkeit als Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz
wird erhöht, wenn es mit Polyoxyalkylenglykolen kombiniert
wird, mit denen es in den Metallbearbeitungsflüssigkeiten
auf Wassergrundlage synergistisch wirkt.
Die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten enthalten
mindestens etwa 0,05 Gew.-% Diäthanoldisulfid. Man
kann eine beliebige höhere Konzentration als Höchstdruck-
und Antiverschleißzusatz anwenden, jedoch sind Konzentrationen
von mehr als etwa 1 Gew.-% der Metallbearbeitungsflüssigkeit
unwirtschaftlich. Ein bevorzugter Konzentrationsbereich
beträgt etwa 0,05 bis 0,2 Gew.-%.
Normalerweise würde Diäthanoldisulfid der einzige Höchstdruck-
und Antiverschleißzusatz in den erfindungsgemäßen
Metallbearbeitungsflüssigkeiten sein. Für spezielle Metallbearbeitungsvorgänge
wurde jedoch gefunden, daß andere
Höchstdruck- und Antiverschleißzusätze zusammen mit dem
Diäthanoldisulfid vorhanden sein können, beispielsweise
emulgiertes bzw. emulgierte Di-tert-nonylpolysulfid, Salze
und Ester von schwefelhaltiger (sulfurized) Ölsäure, Salze
von Mercaptobenzothiazol und Polyoxyäthylenbis-(thioharnstoff).
Ein Bestandteil der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
ist mindestens ein wasserlösliches
Polyoxyalkylenglykol mit einem Mindestmolekulargewicht
von etwa 100. Vorzugsweise ist das Glykol ein Polyoxyalkylenglykol,
Polyoxypropylenglykol und/oder gemischtes
Polyoxyäthylen-polyoxypropylenglykol. "Wasserlöslich"
bedeutet wasserlöslich bei Raumtemperatur, da einige Polyoxyalkylenglykole
bei erhöhten Temperaturen unlöslich werden
und der Einsatz solcher Glykole tatsächlich bevorzugt
ist. Was die Molekulargewichte betrifft, müssen die Polyoxyalkylenglykole
ein Mindestmolekulargewicht von eta 100
aufweisen. Die Obergrenze der Molekulargewicht bestimmt
sich durch die Wasserlöslichkeit der Glykole bei Raumtemperatur.
Es ist zweckmäßig, das Polyoxyalkylenglykol
mit dem höchsten Molekulargewicht zu verwenden, welches
bei Raumtemperatur in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
wasserlöslich ist. Polyoxyäthylenglykole
mit so hohen Molekulargewichten wie etwa 600 wurden
bereits in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
eingesetzt. Polyoxypropylenglykole mit so
hohen Molekulargewichten wie etwa 400 wurden für den gleichen
Zweck verwendet. Gemischte Polyoxypropylen-polyoxyäthylenglykole
mit so hohen Molekulargewichten wie etwa
3500 wurden ebenfalls in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
verwendet.
Die Polyoxyalkylenglykole werden in einer Mindestkonzentration
von etwa 0,05 Gew.-% eingesetzt. Beliebige höhere
Konzentrationen an Polyoxyalkylenglykolen können in den
erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten angewendet
werden, sofern sie wasserlöslich sind. Konzentrationen
von mehr als etwa 5 Gew.-% der Metallbearbeitungsflüssigkeit
sind weniger wirtschaftlich. Bevorzugt angewendet
werden Konzentrationen von etwa 0,2 bis 0,6 Gew.-%.
Zusätzlich zu den Polyoxyalkylenglykolen
können die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
wirksame Mengen an mindestens
einem herkömmlichen Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatz
enthalten, beispielsweise Schmiermittel (lubricity agents),
Rostschutzmittel, Netzmittel, Schauminhibitoren, germicide
Mittel, Chelatbildner, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren,
Farbstoffe oder Parfüms. Ein wichtiges Kriterium für
alle diese verschiedenen Zusätze ist, daß sie bei Raumtemperatur
wasserlöslich sind. Unter einer "wirksamen Menge"
eines herkömmlichen Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatzes
ist die Mindestkonzentration des Zusatzes zu verstehen,
welche in der Metallbearbeitungsflüssigkeit für den gewünschten
Effekt sorgt. Die wirksame Menge an den vorstehend
beschriebenen herkömmlichen Zusätzen für Metallbearbeitungszusätze
sind dem mit der Formulierung solcher
Flüssigkeiten vertrauten Fachmann bekannt. Im allgemeinen
sind diese herkömmlichen Metallbearbeitungszusätze in den
erfindungsgemäßen Lösungen in Konzentrationen von mindestens
etwa 0,001 Gew.-%, gewöhnlich von etwa 0,001 bis
5 Gew.-% vorhanden.
Schmiermittel (Schmierfähigkeitszusätze) sind in den erfindungsgemäßen
Metallbearbeitungsflüssigkeiten sehr
zweckmäßig, da sie für den Metallbearbeitungsprozeß
erforderliche Energie wirkam vermindern. Geeignete Schmierfähigkeitszusätze
sind die Äthanolaminfettsäureseifen, die
sich von Äthanolamin, Diäthanolamin oder Triäthanolamin ableiten.
Die Fettsäureanteile leiten sich von C₆- bis C₂₂-Fettsäuren
ab. Typische für die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
geeignete Fettsäuren sind Öl-,
Capryl-, Myristin- und Tallölfettsäure. Schwefelhaltige
bzw. geschwefelte Fettsäuren sind ebenfalls in den erfindungsgemäßen
Metallbearbeitungsflüssigkeiten einsetzbar.
Die Konzentration der Äthanolaminfettsäureseifen in den erfindungsgemäßen
Lösungen liegt im Bereich von etwa 0,1
bis 5 Gew.-%.
Anstatt die Äthanolaminfettsäureseifen den erfindungsgemäßen
Metallbearbeitungsflüssigkeiten einzuverleiben,
reicht es aus, das Äthanolamin und die Fettsäure getrennt
zuzusetzen. Im allgemeinen werden das Äthanolamin und die
Fettsäure in stöchiometrischen Anteilen eingesetzt. Die
Seifen bilden sich in situ. Nach Bedarf kann ein Überschuß
an Äthanolamin zur Einstellung des pH-Wertes zugesetzt
werden.
Typische für die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
geeignete Rostschutzmittel sind anorganische
Borate, wie Natriumtetraborat, Natriumtetraboratdecahydrat
oder Triäthanolammoniumborat, Boramide, wie
Natriumboramid, Nitrite, insbesondere Natriumnitrit,
Nitrate, wie Natrium- oder Zinknitrat, Phosphate, wie
Kaliumtripolyphosphat, Natriumhydrogenphosphat, Natriumorthophosphat
oder Triäthanolammoniumphosphat, Polyoxyäthylenfettamine
und -amide, wie 2-(Hydroxydiäthoxy)-
dodecyl-N,N-bis-(hydrocydiäthoxyäthyl)-amin oder N,N-bis-
(Hydroxytetraäthoxyäthyl)-tetradecylamid, die sich ebenso
gut eignen wie Arylsulfonamidocarbonsäuren, z. B. das Triäthanolammoniumsalz
von Benzolsulfonyl-N-methyl-ε-aminocapronsäure.
Die Rostschutzmittel werden im allgemeinen
in einer Konzentration von etwa 0,04 bis 1 Gew.-% eingesetzt.
Typische für die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
geeignete Netzmittel sind Äthanolaminmyristat,
Triäthanolammoniumlaurat, Hydroxypentadecyäthoxy-
(nonylbenzol), Hydroxynonaäthoxyäthyl-(octylphosphat) oder
1-Octyloxy-2-(hydroxypentaäthoxy)-3-butoxypropan. Die Netzmittel
werden im allgemeinen in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
in einer Konzentration von
etwa 0,02 bis 5 Gew.-% eingesetzt.
Typische Schauminhibitoren bzw. Entschäumungsmittel für
die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
sind Glylkolpolysiloxan, Polydimethylsiloxan und andere
Siloxane, 2-Äthylhexanol sowie Tributylphosphat. Die
Schauminhibitoren werden in einem Konzentrationsbereich
von 7 ppm bis etwa 0,01 Gew.-% eingesetzt.
Beispiele für typische Germicide sind das Natriumsalz von
2-Mercaptopyridin-N-oxid, Hexahydro-1,3,5-tris-(2-hydroxyäthyl)-
S-triazin und 1,2-Benzisothiazolin-3-on. Die Germicide
werden im allgemeinen in einem Konzentrationsbereich
von etwa 0,005 bis 0,05 Gew.-% eingesetzt.
Beispiele für Chelatbildner, welche sich für die erfindungsgemäßen
Metallbearbeitungsflüssigkeiten eignen,
sind Sorbit, Mannit, Ascorbinsäure, Sorbose, Gerbsäure,
Salze von Äthylendiamintetraessigsäure, Rohrzucker (sucrose),
Weinsäure und Mannose. Die Chelatbildner können in Konzentrationen
von etwa 0,005 bis 0,2 Gew.-% eingesetzt werden.
Geeignete Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren für die
erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten sind
Benzotriazol und ähnliche Verbindungen, wie Tolyltriazol,
Diheptyltriazol oder Diphenyltriazol. Diese Inhibitoren
werden, nach Bedarf zusammen mit Farbstoffen und Parfüms,
im allgemeinen in Konzentrationen von 0,001 bis 0,1 Gew.-%
eingesetzt.
Zur Senkung der Transportkosten werden die wässrigen Lösungen,
welche die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
darstellen, in Form wäßriger Konzentrate der
vorgenannten Lösungen in den Handel gebracht. Die Konzentrationen
werden an den Metallbearbeiter geliefert, welcher sie
dann mit Wasser bis auf die gewünschte Gebrauchskonzentration
verdünnt.
Die Konzentrate der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
enthalten 2 bis 10 Gew.-%
Diäthanoldisulfid, 4 bis 20 Gew.-% an einem oder mehreren
wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen mit einem Mindestmolekulargewicht
von etwa 100 und als Rest Wasser.
Ein anderes erfindungsgemäßes Konzentrat enthält etwa 2
bis 10 Gew.-% Diäthanoldisulfid, etwa 4 bis 20 Gew.-% an
einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen
mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100, etwa 4 bis
20 Gew.-% an mindestens einer wasserlöslichen Aminfettsäureseife
des vorgenannten Typs und als Rest Wasser.
Die Konzentrate können auch einen oder mehreren der vorgenannten
herkömmlichen Metallbearbeitungszusätze enthalten,
beispielsweise Rostschutzmittel, Netzmittel, Schauminibitoren,
inhibitoren, Germicide, Chelatbildner, Nicht-Eisen-Korrosionsinhibitoren,
Farbstoffe oder Parfüms. Wenn diese fakultativen
Metallbearbeitungszusätze eingesetzt werden,
sind sie in einer höheren Konzentration als der vorgenannten
für die Gebrauchslösungen erwähnten Konzentration vorhanden.
Typische Konzentrationen dieser herkömmlichen Zusätze
in den erfindungsgemäßen Konzentraten sind:
Rostschutzmittel - 10 Gew.-%; Netzmittel - 5 Gew.-%;
Schauminhibitor - 1 Gew.-%; Germicid - 1 Gew.-%; Chelatbildner -
0,1 Gew.-%; Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitor -
0,01 Gew.-%; Farbstoff - 0,01 Gew.-%; und Parfüm -
0,01 Gew.-%.
Konzentrate mit einem höheren Prozentanteil an Bestandteilen,
wie sie vorstehend erwähnt werden, sind technisch
möglich, wobei die höheren Konzentrationen lediglich durch
die Produktkosten an einem Markt mit scharfer Konkurrenz
begrenzt werden.
Die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten werden
leicht hergestellt, indem man lediglich die Bestandteile
in einem Behälter vermischt und das Gemisch kurz bewegt.
Die vorgenannten Konzentrate werden vom Metallverarbeiter
mit Wasser zur Bildung der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten
bzw. -lösungen verdünnt. Bei der Verwendung
der Metallbearbeitungsflüssigkeiten wird das Metallwerkstück
durch ein Maschinenwerkzeug erfaßt, während ein
inniger Kontakt durch Aufsprühen der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeit
oder Eintauchen in die Flüssigkeit
erzeugt wird. Die Diäthanoldisulfidkonzentration kann
variiert werden, indem man unterschiedliche Mengen des Konzentrats
verwendet, um nach Bedarf wirksame Höchstdruck-
und Antiverschleißeigenschaften zu erzielen.
Die nachstehenden Beispiele erläutern die optimale Durchführungsform
der Erfindung. Die Höchstdruckeigenschaften
und Antiverschleißeigenschaften der erfindungsgemäßen
wäßrigen Metallbearbeitungsflüssigkeiten werden mit Hilfe
des FALEX-Testgeräts gemäß ASTM-Prüfnorm D 3233 für die
Antiverschleißeigenschaften bestimmt. Bestimmte Metallbearbeitungsflüssigkeiten
werden nach der Vierkugel-Testmethode
gemäß ASTM D 2783 getestet, aus welcher die Messung
des Belastungsverschleißindex abgeleitet wird.
Bei der FALEX-Testmethode werden die Proben 300 Sekunden
bei einer Klemmen- bzw. Backenbelastung von 113,5 kg
(250 lbs.) laufen gelassen. Anschließend wird die Belastung
mit Hilfe der automatischen Sperrklinkenvorrichtung
um jeweils 113,5 kg (250 lbs.) erhöht. Jede aufeinanderfolgende
Belastung wird 60 Sekunden lang beibehalten.
Nötigenfalls wird die Sperrklinkenvorrichtung kurz vor
Aufrechterhaltung der Belastung wieder in Eingriff gebracht.
Die zur Aufrechterhaltung der Belastung erforderliche
Anzahl der Zähne am Sperrad wird als "Verschleißzahl"
in Tabelle II angegeben. Diese Zahl steht in direkter
Beziehung zum Verschleiß des Testbolzens und der
V-Backen. Das Drehmoment gegenüber dem Testbolzen wird
ebenfalls notiert. Das in kg · m (in lbs.) gemessene Drehmoment
steht in direkter Beziehung zur Schmierfähigkeit
der Flüssigkeit. Die Belastungen werden erhöht, bis die Belastung
durch die automatische Sperrklinkenvorrichtung nicht
erhöht oder aufrechterhalten werden kann (Verschleißversagen)
oder der Testbolzen bricht. Die Belastung am Versagenspunkt
steht in direkter Beziehung zum Höchstdruckverhalten.
Die Verschleißzahlen in Tabelle IV werden in getrennten
Versuchen von 15 Minuten Dauer zur Verbesserung der Genauigkeit
der Verschleißdaten bestimmt. Der Gewichtsverlust
der FALEX-Bolzen sowie die Anzahl der zur Aufrechterhaltung
der Belastung erforderlichen Sperradzähne werden
bestimmt.
In Tabelle I ist die Flüssigkeit A eine typische erfindungsgemäße
Metallbearbeitungsflüssigkeit, in der die
Schmierfähigkeit durch Äthanolamin und Ölsäure erzielt
wird. Der Höchstdruckzusatz, nämlich Diäthanoldisulfid,
ist in einer Konzentration von 0,1 Gew.-% vorhanden. Die
Flüssigkeit B wird zu Vergleichszwecken ohne den Höchstdruckzusatz
zubereitet. Die Flüssigkeit C ist eine handelsübliche Metallbearbeitungsflüssigkeit,
in welcher der
Höchstdruckzusatz ein geschwefelter (sulforierter) Ester
von Ölsäure ist. Die Bestandteile von allen drei Metallbearbeitungsflüssigkeiten
sind aus Tabelle I ersichtlich.
Die synergistische Wirkung von Diäthanoldisulfid mit Polyoxyalkylenglykol
wird durch Prüfung der aus Tabelle I ersichtlichen
Flüssigkeiten D, E und F gezeigt. Alle Prozentanteile
beziehen sich auf das Gewicht.
Die Antiverschleiß- und Höchstdruckeigenschaften der Flüssigkeiten
von Tabelle I werden mit einem FALEX-Testgerät
bestimmt. Die Resultate sind aus Tabelle II ersichtlich.
Ein Vergleich der FALEX-Testresultate in Tabelle II für
die Flüssigkeiten A, B und C zeigt die Wirksamkeit von
Diäthanoldisulfid als Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz
und seine Überlegenheit gegenüber einer herkömmlichen
Metallbearbeitungsflüssigkeit, welche einen sulfonierten
Ester von Ölsäure als Höchstdruckzusatz enthält.
Die synergistische Wirkung von Diäthanoldisulfid mit Polyoxyalkylenglykol
ist leicht anhand eines Vergleichs der
FALEX-Testresultate in Tabelle II für die Flüssigkeiten
D, E und F ersichtlich.
Die Metallbearbeitungsflüssigkeiten von Tabelle II werden
als Konzentrate zubereitet. Anschließend verdünnt man jeweils
5 Gew.-Teile der Konzentrate mit jeweils 95 Gew.-Teilen
Wasser, um die Gebrauchslösungen zu erzeugen. Diese
werden dann nach der FALEX- und Vierkugel-Testmethode auf
die Höchstdruck- und Antiverschleißeigenschaften getestet.
Beim Vierkugeltest wird eine Stahlkugel 10 Sekunden bei
1770±60 Upm drei Stahlkugel rotieren gelassen,
welche stationär in Form einer Wiege gehalten werden. Die
Belastungen gegenüber der Kugel werden in Abständen von
0,1 logarithmischen Einheiten erhöht, bis es zu einer Verschweißung
kommt. Die Verschweißung wird durch einen
tatsächlichen Schweißvorgang angezeigt, wie er durch
einen Schrammdurchmesser an den stationären Kugeln von
mehr als 4 mm oder - wie in diesem Falle - durch plötzliche
laute Kreisch- oder Schleifgeräusche von Kugeln angezeigt
wird.
Die Schweißbelastung ist ein Maß für die Höchstdruckwirksamkeit
der Flüssigkeit. Der Belastungs-Verschleißindex
ist ein berechneter Durchschnittswert, welcher die
kombinierten Lasttrage-(Höchstdruck-) und Antiverschleißeigenschaften
der Flüssigkeit angezeigt.
Die Testresultate bezüglich der Höchstdruck- und Antiverschleißeigenschaften
der Metallbearbeitungsflüssigkeiten
bei den in Tabelle II angegebenen Gebrauchskonzentrationen
sind aus Tabelle IV ersichtlich.
Die Wirksamkeit des Diäthanoldisulfids als Höchstdruck-
und Antiverschleißzusatz ist aus den FALEX-Tests und
Vierkugeltests ersichtlich, wobei ansteigende Mengen des
Diäthanoldisulfidzusatzes Versagen bei Belastungen ansteigend
von 1250 ohne Zusatz bis auf 4250 mit 0,1% Diäthanoldisulfid
ergeben. Die FALEX-Testresultate werden durch die
Vierkugeltests bestätigt, wobei die Schweißbelastung von
50 bis 100 mit 0,1% Diäthanoldisulfid ansteigt, die
letzte Belastung ohne Freßen von 16 bis 32 ansteigt und
der Belastungs-Verschleißindex von 10,4 bis 17,6 mit
0,2% Diäthanoldisulfid ansteigt.
Claims (9)
1. Wasserlösliche Metallbearbeitungsflüssigkeit, enthaltend
0,05 bis 1 Gew.-% Diäthanoldisulfid, 0,05 bis 5 Gew.-%
an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen
mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa
100 und als Rest Wasser.
2. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das wasserlösliche Polyoxyalkylenglykol ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus wasserlöslichem Polyoxyäthylenglykol,
Polypropylenglykol und gemischtem
Polyäthylen-polyoxypropylenglykol mit einem Mindestmolekulargewicht
von etwa 100.
3. Flüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Diäthanoldisulfid in einer Konzentration
von 0,05 bis 0,2 Gew.-% vorhanden ist.
4. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polyoxyalkylenglykol Polyoxypropylenglykol
mit einem Molekulargewicht von etwa 400 ist.
5. Wasserlösliche Metallbearbeitungsflüssigkeit, enthaltend
0,05 bis 1 Gew.-% Diäthanoldisulfid, 0,05 bis 5 Gew.-%
an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen
aus der Gruppe
bestehend aus Polyäthylenglykol, Polyoxypropylenglykol
und gemischten Polyoxyäthylen-polyoxypropylenglykol
mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100,
eine wirksame Menge mindestens eines wasserlöslichen
Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatzes, ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Schmiermitteln (lubricity
agents), Rostschutzmitteln, Netzmitteln, Entschäumungsmitteln,
germiciden Mitteln, Chelatierungsmitteln,
Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffen
und Parfüms, und als Rest Wasser.
6. Flüssigkeit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der wasserlösliche Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatz
mindestens ein wasserlösliches Schmiermittel ist,
welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
Äthanolamin-, Diäthanolamin- und Triäthanolaminfettsäureseifen,
wobei sich die Fettsäureanteile von C₆-C₂₂-Fettsäuren
ableiten.
7. Flüssigkeit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Alkanolamin Triäthanolamin ist und die
Fettsäure Ölsäure ist.
8. Konzentrat einer wasserlöslichen Metallbearbeitungsflüssigkeit,
enthaltend 2 bis 10 Gew.-% Diäthanoldisulfid,
4 bis 20 Gew.-% an einem oder mehreren wasserlöslichen
Polyoxyalkylenglykolen mit einem Molekulargewicht
von etwa 100 und gegebenenfalls 4 bis 20 Gew.-% an
mindestens einer wasserlöslichen Aminfettsäureseife sowie
bis zu 10 Gew.-% Rostschutzmittel, bis zu 5 Gew.-% Netzmittel,
bis zu 1 Gew.-% Schauminhibitor, bis zu 1 Gew.-%
Germicid, bis zu 0,1 Gew.-% Chelatbildner, und jeweils bis
zu 0,01 Gew.-% Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitor,
Farbstoff und Parfüm, und als Rest Wasser.
9. Verwendung einer Metallbearbeitungsflüssigkeit nach den
Ansprüchen 1 bis 7 zur Bearbeitung eines Metallstücks
durch Erfassen des Metallwerkstücks mit einem Maschinenwerkzeug,
wobei ein inniger Kontakt mit einer dafür ausreichenden
Menge an der Metallbearbeitungsflüssigkeit
vorhanden ist, so daß für Höchstdruck- und Antiverschleißeigenschaften
gesorgt ist.
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