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Schmier- und Metallbearbeitungsmittel Es ist bekannt, wäßrige Ölemulsionen,
insbesondere Bohrölemulsionen, mit einem geringen Zusatz von Nitrit, insbesondere
Natriumnitrit, zu versehen. Derartige Emulsionen ergeben selbst bei erheblich vermindertem
Olgehalt einen intensiven Rostschutz.
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Wie nun neuere Versuche ergeben haben, weisen solche Emulsionen auch
eine gesteigerte Schmierfähigkeit auf. Besonders bemerkenswert ist die erhöhte Benetzungs£ähigkeit
solcher Emulsionen mit Nitritzusatz, die zu einem Emulsionsfilm erhöhter Haftfestigkeit
führt. Die Folge davon ist, daß derartige Emulsionen sich besonders gut als Schmier-und
Kühlflüssigkeit, insbesondere bei der Metallbearbeitung auch von Nichteisenmetallen,
z. B. Leichtmetallen, wie Aluminium, bei denen keine Rostgefahr besteht, eignen,
da die Emulsion an den umlaufenden Werkstücken gut haftenbleibt. Dadurch wird die
Schmier- und Kühlwirkung erheblich verbessert. Damit trägt aber der Nitritzusatz
zu einer Verbesserung der Oberflächengüte der bearbeiteten Werkstücke und einer
Schonung der Werkzeuge bei.
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Der in Frage kommende Nitritgehalt beträgt im allgemeinen weniger
als o,5 %, vorzugsweise etwa 0,025 bis o,2%. Der Olgehalt kann gegenüber dem ohne
Nitritzusatz üblichen Gehalt ganz erheblich herabgesetzt werden.
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Es ist bereits vorgeschlagen, den geringe Mengen von Alkalinitriten
enthaltenden Bohrölemulsionen eine geringe Menge von wasserlöslichen Alkalisilicaten
zuzusetzen, zu dem Zweck, die zuweilen beobachtete Instabilität solcher Emulsionen
zu beheben.
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Der Erfindung zugrunde liegende Versuche haben gezeigt, daß eine erhebliche
Verbesserung der Eigenschaften einer geringe Mengen von Nitriten,
insbesondere
Natriumnitrit, enthaltenden wäßrigen Ölemulsion, z. B. Bohrölemulsion, erreicht
werden kann, wenn der Emulsion noch eine geringe Menge von wasserlöslichen Aluminaten,
vorzugsweise Natriumaluminat, zugesetzt wird. Wird z. B. einer io%igen wäßrigen
Bohrölemulsion außer 0;05 % Natriumnitrit noch o, i % Natriümalurninat zugesetzt,
so ergibt sich gegenüber der gleichen Emulsion mit Nitritzusatz, aber ohne Aluminatzusatz
bei der Schmierung eine Reibungsverminderung von über 50% (gemessen mit der Ölprüfmaschine
nach Martens).
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Daneben übt der erfindungsgemäße Aluminätzusatz :ähnlich wie ein Silicatzusatz
in Fällen, wo die Emulsionen zum Entmischen neigen, eine stabilisierende Wirkung
aus. Dem Silicatzusatz gegenüber besitzt jedoch der Aluminatzusatz den besonderen
Vorteil, daß die mit einem solchen Zusatz versehene Emulsion- auf den mit der Emulsion
bedeckten Flächen keine zu einer Krustenbildung Anlaß gebenden Rückstände hinterläßt.
Derartige Rückstände können z. B. bei Werkzeugmaschinen, Drehbänken usw. zu erheblichen
Unzuträglichkeiten führen und sind in jedem Falle unerwünscht. Im übrigen wird durch
den Aluminatzusatz die Kochhestigkeit der Emulsion gesteigert.
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Das mengenmäßige Verhältnis von Nitritzusatz zu Aluminatzusatz kann
je nach den vorliegenden. Bedürfnissen in verhältnismäßig weiten Grenzen geändert
werden, jedoch hat sich bezüglich der Schmierwirkung als günstig erwiesen, das Verhältnis
von Nitrit zu Aluminat etwa i : i bis i : 3, vorzugsweise i : 2, zu wählen, also
z. B. nach folgendem Schema zu verfahren:
| Nitritzusatz in °/p Aluminatzusata in °/ö |
| 0,025 0,05 |
| o;05 0,05 bis o,=o |
| o,zo bis 0,15 - 0,10 - 0,30 |
| 0,20 0,20 - 0,40 |
Es empfiehlt sich, die Gesamtmenge an Nitrit-und Aluminatzusatz nicht über 2% zu
wählen, da sonst eine Ausflockung zu befürchten ist. Die günstigste - Schmierwirkung
wird im allgemeinen bei etwa o,2 % Nitritzusatz erreicht.
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Es verdient vermerkt zu werden, daß ein Aluminatzusatz zu Ölemulsionen
ohne Nitritzusatz nicht die bei Nitritzusatz beobachtete Steigerung der Schmierfähigkeit
ergibt. Erst bei Ölemulsionen mit Nitritzusatz führt ein Aluminatzusatz zu einer
Erhöhung der Haftfestigkeit der Emulsionen und damit zu einer Steigerung der Kühl=
und Schmierwirkung.
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Durch das gute Haften der Emulsionen mit dem erfindungsgemäßen Zusatz
an Aluminat z. B. an umlaufenden oder hin und her bewegten Werkzeugen oder Maschinenteilen
ergibt sich sowohl eine Erhöhung der Schmierkraft, die für sich, ausgenutzt werden
kann, als auch eine Erhöhung der Kühlkraft. Hinzu kommt noch, daß infolge der bei
der erhöhten Gleitfähigkeit und Rostschutzsicherheit möglichen Herabsetzung des
Ölgehaltes der Emulsionen, z. B. von bisher 20 auf 5'/ü, die Kühlfähigkeit noch
weiter gesteigert wird, so daß die Kühlung der Werkzeuge und Werkstücke besonders
gut ist. Dies ist um so beachtlicher; als die Schmierkraft fast immer im umgekehrten
Verhältnis zur Kühlkraft eines Öles steht. Es wird deshalb z. B: bei der spanabhebenden
Metallbearbeitung nicht nur eine Schonung der Werkzeuge und damit eine Erhöhung
ihrer Standzeit erreicht, sondern es ist auch möglich, die Schneidleistung erheblich
zu steigern. So kann z. B. die Schnittgeschwindigkeit bei Drehstählen oder Metallsägen
bei Verwendung von Emulsionen mit Nitrit- undAluminatzusatz auf das Doppelte und
Dreifache gesteigert werden.
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Im allgemeinen läßt sich sagen, daß infolge der günstigen Eigenschaften
von Emulsionen mit dem erfindungsgemäßen Zusatz diese Emulsionen auch für schwerere
Arbeiten eingesetzt werden können, als dies bisher für angängig gehalten wurde,
also z.B. auch in Fällen., wo bisher ausschließlich reine Schneid- oder Ziehöle
Anwendung fanden.
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Als Beispiel für die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Ölemulsionen
seien die bei Metallsägen erzielten Schnittleistungen angeführt. So hat sich z.
B. ergeben, daß die gleiche Metallsäge, deren Blatt bei Verwendung einer gewöhnlichen
Bohrölemulsion von 2o % Ölgehalt als Kühlschmiermittel beim Zerschneiden von Kupferblöcken
nur für 37 Schnitte brauchbar war, bei Verwendung einer Ölemulsion von nur q.0/a
Ölgehalt, jedoch mit 0,2% Natriumnitritzusatz und o,2 % Natriumaluminatzusatz, bis
zu Zoo Schnitte leistete, ehe das Sägeblatt ausgewechselt zu werden brauchte. Es
wird also durch die erfindungsgemäßen Zusätze zugleich eine Ersparnis an Bohröl
und an Sägeblättern erzielt, so däß die Kosten für die erfindungsgemäßen Zusätze
um ein Vielfaches aufgewogen werden, ungerechnet die Ersparnisse an Arbeitskraft
und Arbeitszeit für das Auswechseln und Schleifen der Sägeblätter.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Kombination von Nitrit- und Aluminatzüsätzen
beschränkt sich nicht auf sogenanate Bährölemulsionen, h. h. Emulsionen, die aus
reinen Bohr- oder Schneidölen hergestellt sind, die bekanntlich aus einer Suspension
von als Emulgatoren wirkenden Alkaliseifen in Mineralöl bestehen. Vielmehr können
Nitrit- und Aluminatzusätze auch bei Bohrmitteln u. dgl. -benutzt werden, die als
Austauschstoffe für Bohröle und Bohrfette Anwendung finden. Auch hier wird die Schmierkraft
und Haftfestigkeit der mit Nitrit versetzten wäßrigen Lösungen durch Aluminatzusatz
wesentlich gesteigert. Als solche Austauschstoffe kommen z. B. Erzeugnisse mit seifenähnlichem
Charakter, vor allem die wasserlöslichen Alkalisalze, insbesondere das Natriumsalz
einer Sulfamin- oder Sulfamincarbonsäure bzw, deren Derivate oder 'Sübstitutionsprodukte
in Frage, Da es zur Erzielung feinteiliger und für längere Zeit haltbarer, milchiger
Emulsionen meistens erforderlich
ist, sowohl bei manchen Bohrölen
als auch besonders bei Austauschstoffen einen bestimmten pH-Bereich einzuhalten,
kann es angezeigt sein, die Alkalität des Aluminatzusatzes durch Pufferung abzuschwächen.
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Da Grund zu der Annahme besteht, daß die Wirkung des erfindungsgemäßen
Nitrit- und Aluminatzusatzes in einer Beeinflussung der an der Grenzschicht Öl-Metall
vorhandenen Molekeln besteht, und zwar in dem Sinne, daß polare Effekte auftreten,
die den Ordnungszustand der Molekeln oder Molekelverbände an der Grenzfläche hinreichend
stabil und beweglich zugleich gestalten und so zu einem zusammenhängenden Ölfilm
von besonderer Haftfestigkeit führen, so erscheinen. Olemulsionen mit den erfindungsgemäßen
Zusätzen besonders zur Herabsetzung der sogenannten Grenzreibung verwendungsfähig.
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Praktisch wichtige Fälle der Grenzreibung bzw. Grenzschmierung liegen
vor, wenn es sich um sehr .enge Lagerspalte oder geringe Gleitgeschwindigkeiten
handelt, also um Fälle, wo der sich bewegende oder drehende Teil nicht wie bei der
Vollschmierung in der Schmierflüssigkeit schwimmt, sondern nur ein äußerst dünner
Schmierfilm vorhanden ist. Diese Verhältnisse liegen z. B,. bei der Zylinder- und
Kolbenschmierung vor, die bestenfalls unter halbflüssiger Reibung vor sich geht
und bei der vor allem die Adhäsionsfähigkeit eine wichtige Rolle spielt. Hier kommt
es darauf an, daß an den Zylinderwänden ein zusammenhängender Schmierfilm gebildet
wird. Hier erscheint die erfindungsgemäße Verwendung einer Ölemulsion mit Nitrit-
und Aluminatzusatz besonders geeignet. Dabei kann durch Verwendung solcher Emulsionen
bei Verbrennungsmotoren die Gefahr der Rückstandsbildung durch Verbrennung, die
bei Verwendung unverdünnter Öle meistens beachtlich ist, erheblich vermindert werden.
Für die Auswahl der Öle ist also ein erheblicher Spielraum zugelassen. Bei der Schmierung
von Zylinder- und Kolbenringen bei Verbrennungsmotoren kommt auch die Steigerung
der Kochfestigkeit durch den erfindungsgemäßen Aluminatzusatz zur Geltung.
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Daneben können die erfindungsgemäßen Ölemulsionen auch gleichzeitig
als Kühlmittel in den Kühlern von Verbrennungsmotoren benutzt werden.
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Im übrigen ergeben sich als Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen
Ölemulsion alle die Fälle, wo gleichzeitig eine gute Kühl- und Schmierwirkung verlangt
wird.
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Für die -praktische ..Anwendung der erfindungsgemäßen Nitrit- und
Aluminatzusätze ist es zweckmäßig, das Nitrit und das Aluminat in fester, wasserlöslicher
Form den Verbrauchern zur Verfügung zu stellen. Wie sich gezeigt hat, besteht die
Gefahr, wenn etwa die erforderliche Nitritmenge mit der erforderlichen Aluminatmenge
in Form konzentrierter Lösungen zusammengebracht wird, daß das Aluminat ausflockt.
Es ist deshalb angebracht, das Nitrit sowohl wie das Aluminat in fester Form getrennt
bereit zu halten und im Bedarfsfalle in der für die Ölemulsion benötigten Menge
Wasser nacheinander aufzulösen und alsdann das emulgierbare öl einzutragen.
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Das getrennte Bereithalten von festem Nitrit und Aluminat bedeutet
insofern gewisse Unbequemlichkeiten, als das Nitrit hygroskopische Eigenschaften
aufweist, die es erforderlich machen, das Nitrit unter luftdichtem Verschluß aufzubewahren,
da andernfalls Klumpenbildung auftritt, die das Auflösen in Wasser erheblich erschwert.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß, wenn festes pulverförmiges Nitrit,
insbesondere Natr iumnitrit, und festes pulverförmiges, wasserlösliches Aluminat,
insbesondere Natriumaluminat, zusammen gemischt werden, die wasseranziehendenEigenscliaften
dieser Stoffe sich nicht mehr unangenehm bemerkbar machen, d. h. es tritt keine
Klumpenbildung auf, vielmehr bleibt die Pulverform der beiden Stoffe erhalten, so
daß sich das Gemisch in Wasser leicht lösen läßt.
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Es bietet sich daher die Möglichkeit, den Verbrauchern dem jeweiligen
Zweck entsprechend dosierte Mengen von Nitrit und Aluminat in einem einzigen Behälter
zur Verfügung zu stellen, ihne daß ein luftdichter Verschluß des Behälters erforderlich
ist.
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Die Einmischung des erfindungsgemäßen Nitrit-und Aluminatgemisches
erfolgt zweckmäßigerweise derart, daß zunächst das Nitrit- und Aluminatgemisch in
:der für die Olemulsion erforderlichen Wassermenge aufgelöst w=ird und alsdann das
emulgierbare Öl oder der Austauschstoff eingerührt wird.