WO2000008118A1

WO2000008118A1 - Trägermaterial und dessen verwendung sowie verfahren zur kaltumformung

Info

Publication number: WO2000008118A1
Application number: PCT/EP1999/004859
Authority: WO
Inventors: Hubertus Damm
Original assignee: Firma August Neuhoff
Priority date: 1998-08-01
Filing date: 1999-07-10
Publication date: 2000-02-17
Also published as: AU5410599A; DE19834853A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Trägermaterial zur Ausbildung einer oberflächigen Schmierstoffträgerschicht sowie dessen Verwendung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kaltumformung, bei dem eine solche Schicht auf ein zu verformendes Material aufgebracht wird. Mit dem Ziel, die bei bekannten Trägermaterialien auftretende abrasive Wirkung der Schmierstoffträgerschicht auf das umzuformende Werkstück zu minimieren, wird zur Ausbildung der oberflächigen Schmierstoffträgerschicht, ein Trägermaterial eingesetzt, das als zumindest anteiligen Rezepturbestandteil eine organische Verbindung aus der Gruppe der Lactame enthält. Das erfindungsgemäße Verfahren ist kostengünstig, mit hoher Produktivität und Effizienz sowie zumindest mit einem gegenüber den bekannten Verfahren erheblich reduzierten Anteil an Salzkristallen in der Schmierstoffträgerschicht realisierbar.

Description

Trägermaterial und dessen Verwendung sowie Verfahren zur Kaltumformung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trägermaterial zur Ausbildung einer oberflächigen Schmierstofftragerschicht sowie dessen Verwendung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kaltumformung, bei dem eine solche Schicht auf ein zu verformendes Material aufgebracht wird.

Es ist bekannt (vergleiche beispielsweise Lueger, Lexikon der Technik, Band 8, Seiten 545 bis 547) , bei Kaltumformverfahren, wie insbesondere beim Drahtziehen, aber auch beim Rohrziehen, Tiefziehen und Kaltwalzen, zwischen dem zu bearbeitenden Material (Werkstück) und dem jeweiligen Werkzeug ein Trennschmiermittel aufzubringen. Hierzu wird das - üblicherweise durch Warmverformung, insbesondere Walzen, vorgeformte - Rohmaterial zunächst entzundert, d.h. eine auf dem Material gebildete Oxidschicht (insbesondere bei der Warmverformung gebildete Zunderschicht, aber auch Rost) wird beseitigt, um eine metallisch blanke Oberfläche zu erhalten (vergleiche Lueger, Band 5, Seite 183) . Bei Draht wird meist ein mehrfacher Biegevorgang zum Entzundern angewendet, wobei der Draht um mehrere Umlenkrollen geführt wird, was aber nachteiligerweise bereits auch zu einer nicht definierbaren Verformung (Längung) führt, die eigentlich erst definiert bei den anschließenden Ziehvorgängen erfolgen sollte. Für eine vollständige, restlose Entfernung der Oxidschicht muß bisher zudem ein Beizvorgang erfolgen; für dieses Beizen wird das Material - im Falle von Draht in einem zu Ringen (sogenannte Coils) aufgerollten Zustand - in ein Säurebad getaucht (pH- ert-Absenkung auf ca. 1) und anschließend (zur pH-Wert-Anhebung auf ca. 6 bis 7) gewässert. Üblicherweise schließt sich hieran eine weitere Neutralisation in einem Kalkbad an; durch dieses sogenannte Kalken wird gleichzeitig eine Schmierstofftragerschicht gebildet. Alternativ hierzu kann diese Schmierstofftragerschicht auch durch sogenanntes Phosphatieren gebildet werden (vergleiche Lueger, Band 8, Seite 546) . Der Schmiermittelträger füllt die Täler der rauhen Materialoberfläche aus (Untergrundfüller) und dient somit zur Verankerung eines nachfolgend aufzubringenden, eigentlichen Trennschmiermittels. Beim Drahtziehen handelt es sich dabei heute üblicherweise um einen Festschmierstoff auf Seifenbasis, insbesondere Metallseifenbasis, wie z.B. Lithium- Stearat (sogenanntes "Trockenziehen", vergleiche Lueger, Band 8, Seite 124). Der Draht wird bei jedem Ziehvorgang durch eine Ziehdüse aus Hartmetall oder Diamant gezogen und dabei im Querschnitt reduziert und gelängt (plastische, im wesentlichen spanlose Verformung) . Der Ziehdüse ist einen Behälter vorgeordnet, in dem sich der Festschmierstoff in Pulverform befindet, und der Draht durchläuft dieses Schmierpulver und nimmt ständig Partikel mit, die dann in der Ziehdüse einen "Schmierfilm" bilden.

Bei diesem bekannten Verfahren ist nun der große Aufwand der Vorbehandlung des Materials ein gravierender Nachteil. Vor allem das "naßchemische Verfahren" - Entfetten, Beizen, Passivierung, Naßbeschichtung (Kälken/Phosphatieren) führt zu hohen Betriebskosten sowie auch in zunehmendem Maße zu erheblichen Entsorgungskosten der Säuren sowie Neu- tralisations- und Kalk- /Phosphatschlämme . Außerdem enthält der Schmierstoff nachteiligerweise Salze, wie Sulfate, Borate oder Oxalate, die in harter, kristalliner Form vorliegen und beim Passieren der Ziehdüse die Oberflächenrauhigkeit des Drahtes erhöhen.

Aus der WO 9511096 AI ist des weiteren ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem zur Bildung der Schmierstofftragerschicht ein Trockenträgermaterial, d.h. ein sich in der "trockenen Phase" befindendes, nicht in Wasser oder einem anderen Lösungsmittel gelöstes Trägermaterial etwa bei Raumtemperatur aufgebracht wird. Dieses vorzugsweise pulver- und/oder granulatförmige Trockenträgermaterial wird vorzugsweise mechanisch durch Aufpressen bzw. Andrücken aufgebracht, so daß sich aufwendigen naßchemische Verfahren erübrigen. Der Aufwand für das Auftragen einer Schmiermittelträgerschicht und vorzugsweise auch für die erforderliche Material-Vorbehandlung wird so reduziert, dabei aber eine zumindest gleichbleibend gute Trennschmierung während des anschließenden Kaltumformverfahrens gewährleistet. Durch die verbesserten Schmiereigenschaften kann auch eine erhöhte Produktivität erreicht werden.

In der WO 9511096 AI ist auch eine spezielle Vorrichtung zum Aufbringen des Trockenträgermaterials beschrieben. Diese weist einen "Trockenbeschichtungs-Behälter" zur Aufnahme einer Vielzahl von losen Andruckkörpern sowie einer bestimmten Menge des Trockenträgermaterials auf, wobei zur Bildung der Schmierstofftragerschicht auf dem jeweils zumindest bereichsweise innerhalb des Behälters angeordneten Material die das Material umgebenden Andruckkörper derart in Bewegung versetzbar sind, daß sie durch über die Materialoberfläche hinweg gleichmäßige Berührungskontakte das zwischen ihnen enthaltene Trockenträgermaterial auf die Oberfläche des Materials mechanisch aufpressen, aufreiben bzw. andrücken. Die recht kleinen Partikel der Trockensubstanz werden hierduch fest in die vorhandene Material -Rauhigkeit eingedrückt. Die Vorrichtung kann ein Schnecken-, Injektor- oder Trockentauchsystem aufweisen.

Das aus der WO 9511096 AI bekannte Trockenträgermaterial besteht aus einer vorzugsweise pulver- und/oder granulat- förmigen Trockenrezeptur, die - als "reaktive Komponente" - einen Seifenanteil, insbesondere eine Metallseife und vorzugsweise - als "nichtreaktive Komponente" - bestimmte Füllstoffe enthält. Die bevorzugt enthaltene "nichtreaktive Komponente" (Füllstoffe) bewirkt eine gute Haftung auf der Materialoberfläche, indem sie - bedingt durch eine geringe Partikelgröße der Füllstoffe - die Unebenheiten ausfüllt und somit als Haftgrund bzw. Haftvermittler wirkt. Die "reaktive Komponente" kann - je nach Höhe ihres in der Trockensubstanz enthaltenen Anteils - bereits eine hinreichende Schmierung für den anschließenden Umformvorgang

(z.B. Drahtziehen) bewirken, so daß gegebenenfalls ein weiteres Schmiermittel ganz entbehrlich sein kann. Vorzugsweise wird aber ein "eigentliches Schmiermittel" zugesetzt, bei dem es sich um einen bekannten Festschmierstoff mit Metallseifenanteilen handeln kann. Die Seifenanteile des Trockenträgermaterials und des Trockenschmiermittels reagieren dann insbesondere durch pH-Wert-Ausgleich derart miteinander, daß eine gute Haftung des Trockenschmiermittels über die erfindungsgemäß hergestellte Schmiermit- telträgerschicht auf dem Material erreicht wird. Auch in den konkreten Rezepturen des Trockenträgermaterials gemäß der WO 9511096 AI sind in Anteilen von etwa 25 bis 50 Salze, wie Lithiumphosphat, Pottasche und andere Carbonate vorgesehen, die in kristalliner Form vorliegen können, wodurch beim Passieren der Ziehdüse der oben beschriebene unerwünschte Schmirgeleffekt eintreten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Trägermaterial der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, daß die abrasive Wirkung der Schmierstofftragerschicht bei der Kaltumformung minimiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem - wie vorstehend beschrieben - eine oberflächige Schmierstofftragerschicht ausgebildet wird, soll möglichst kostengünstig, mit hoher Produktivität und Effizienz sowie ohne - oder zumindest mit einem gegenüber den bekannten Verfahren erheblich reduzierten Anteil - harte (r) Salzkristalle in der Schmierstofftragerschicht realisierbar sein, um deren negativen Einfluß auf die Rauhigkeit des gezogenen Drahtes auszuschalten. Das Trägermaterial soll sich darüber hinaus vorzugsweise durch ein möglichst universelles Einsatzspektrum, d.h. sowohl für naßchemische als auch für trockene Beschichtungsverfahren eignen.

Erfindungsgemäß wird dies durch ein Trägermaterial der eingangs beschriebenen Art erreicht, das als zumindest anteiligen Rezepturbestandteil eine organische Verbindung aus der Gruppe der Lactame enthält . Dieses Trägermaterial kommt erfindungsgemäß in einem Verfahren der eingangs genannten Art zur Anwendung.

Lactame sind eine Gruppe von cyclischen Amiden, die dadurch daß sie die Atomgruppe -NH-CO- enthalten einen stark pola- ren Charakter und daher in erheblichem Maß adhäsive Eigenschaften aufweisen. So besitzt bereits die in der Amid- gruppe enthaltene Ketogruppe an sich ein Dipolmoment von 2,5 Debye. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Lactame vorteilhafterweise in der Lage sind, die ionogene Funktion von Salzen, wenngleich in abgeschwächter Form, so doch für den vorgesehenen Zweck in ausreichendem Maß, zu übernehmen und so insbesondere anorganische Salze in einer Schmierstofftragerschicht teilweise oder vollständig zu substituieren. Als dafür erforderliche Minimalgrenze wird ein Dipolmoment von 1,7 Debye angesehen. Je nach der Anzahl der im Ring vorhandenen Kohlenstoffatome unterscheidet man α-, ß- _ι y~ _ι δ-, ε-Lactame usw.. Charakteristisch bei allen diesen Stoffen ist insbesondere ihre Tautomerie mit den Lactimen (Atomgruppe -N=C(OH)-), die auf die leichte Beweglichkeit des an den Stickstoff gebundenen Wasserstoff- Protons hinweist und Lactame somit als Protonen-Donatoren, d.h. als Branstedt-Säuren, und - damit verbunden - vorteilhafterweise eine vergleichsweise hohe chemische Affinität, beispielsweise zu Metallionen, kennzeichnet. Die ausgeprägte Polarität der Lactame bedingt charakteristischerweise weiterhin eine ausgeprägte, bis zur Hygroskopie reichende Hydrophilie, die diese Stoffgruppe insbesondere für ein erfindungsgemäßes Trägermaterial prädestiniert, das als wässrige Lösung bzw. als Hydrogel oder -sol, beispiles- weise im Tauchbad oder in einem Sprühverfahren appliziert werden kann. Trotz der stark ausgeprägten adhäsiven Eigenschaften der Lactame hat es sich überraschenderweise gezeigt, daß diese, wenn sie als zumindest anteiliger Bestandteil einer oberflächigen Schmierstofftragerschicht für ein in einem Kaltumformverfahren zu verformendes Material eingesetzt werden, eine Verbesserung der tribologischen Eigenschaften im Sinne einer Verringerung der Reibungszahl und einer Minimierung des abrasiven Verschleißes im Vergleich zu den bekannten Trägermaterialien bewirken.

Einerseits lassen sich viele Lactame auf einfache Weise polymerisieren, andererseits sind insbesondere wasserlösliche Homo- oder Co-Polymere bekannt, die Lactamringe als funktioneile Gruppen enthalten, wobei sich darunter vornehmlich solche mit γ-Lactamringen als vorteilhaft im Sinne der Erfindung erwiesen haben. Auch diese makromolekularen Stoffe sollen daher nachfolgend unter dem Begriff Lactame subsumiert werden. Eine Co-Polymerisation kann dabei mit beispielsweise Vinylacetat- oder Fumarsäure- Monomeren erfolgen. Mit steigendem Vinylacetat-Gehalt kann vorteilhafterweise dabei die Feuchtebeständigkeit des Co- Polymers verbessert werden.

Erfindungsgemäß kann zur Bildung der Schmierstofftragerschicht bevorzugtermaßen auch ein Trägermaterial verwendet werden, das eine organische Verbindung mit apolaren Gruppen oder Resten, wie Alkyl- oder Alkylarylgruppen oder -resten, enthält. Das Schmierstoffträgermaterial erhält auf diese Weise vorteilhafterweise einen amphiphilen, tensidischen Charakter, d.h. es enthält sowohl polare als auch lipo- bzw. oleophile Anteile, wodurch einerseits eine gute Haftung an dem kaltumzuformenden Material und andererseits an einem nachfolgend auf die Schmierstofftr gerschicht aufbringbaren Schmierstoff, wie z.B. an einem Festschmierstoff, vorzugsweise auf Seifenbasis, erzielt werden kann.

Die apolaren Gruppen oder Reste können dabei entweder im Molekül der Substanz, beispielsweise eines der oben genannten Co-Polymere, welches die Lactamringe enthält, oder auch in einem eigenständigen Rezepturbestandteil, wie z.B in einem nichtionischen Tensid, enthalten sein. Im Falle des Einsatzes eines Co-Polyτners können längerkettige apolare Gruppen oder Reste durch eine Co-Polyτnerisation, beispielsweise durch eine Block-Co-Polyτnerisation, mit Alkansäuren, wie Kaprinsäure- (bzw. auch Decen) oder Laurinsäure (bzw. auch Dodecen) bis hin zur Arachinsäure (bzw. auch Eikosen) , als Monomeren erfolgen. Bei einer steigenden Kettenlänge der Makromoleküle, d.h. mit zunehmender molarer Masse, ist dabei zu beachten, daß, wenn diese aufgrund eines höher werdenden aliphatischen Anteils von Monomeren zunimmt, in Anlehnung an die sogenannte Traube-Regel auch der lipophile Charakter zunimmt und somit vorteilhafterweise gezielt eingestellt werden kann.

Auf diese Weise ist vorteilhafterweise je nach der angestrebten Verarbeitungsform in einem weiten Bereich auch ein bestimmter HLB-Wert gezielt einstellbar. Unter dem HLB-Wert (HLB - hydrophilic lipophilic balance) wird dabei allgemein eine Maßzahl für die Wasser- und Fettfreundlichkeit von Emulgatoren, Tensiden und anderen grenzfächenaktiven Stoffen verstanden, die die Stabilität eines Emulsions- Systems quantitativ beschreibt. Soll das erfindungsgemäße Trägermaterial beispielsweise als eine Öl -in Wasser-Emulsion eingesetzt werden, so kann es einen Wachs- und/oder Öl -Rezepturbestandteil , insbesondere einen Paraffin-, Vaseline-, Stearinsäure, Paraffinöl- und/oder Silicon- ölanteil als Rezepturbestandteil enthalten, und auf einen im Bereich von 8 bis 18 liegenden HLB-Wert eingestellt werden. Soll das erfindungsgemäße Trägermaterial beispielsweise als eine Wasser-in-Öl-Emulsion eingesetzt werden, so kann es ebenfalls einen Wachs- und/oder Öl -Rezepturbestandteil, insbesondere einen Paraffin-, Vaseline-, Stearinsäure, Paraffinöl- und/oder Siliconölanteil als Rezep- turbestandteil enthalten, aber auf einen im Bereich von 8 bis 18 liegenden HLB-Wert eingestellt werden. Ein HLB-Wert von im Bereich von 12 bis 17, insbesondere von 15, dagegen ist dagegen charakteristisch für ein als Lösungsvermittler eingesetztes Trägermaterial.

Als Wachse sind im Sinne eines generell materialökonomisch herzustellenden Trägermaterials insbesondere synthetische Wachse als Rezepturbestandteil in Betracht zu ziehen. Derartige Wachse, wie beispielsweise oxidierte Polyethylen- wachse sind zudem nicht nur emulgierbar, sondern besitzen beispielsweise auch ein hohes Ölaufnahmevermögen und einen hohen Schmelzpunkt.

Unter dem Gesichtspunkt einer hohen Arbeitssicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens und des sicheren Umgangs mit einem erfindungsgemäßen Trägermaterial ist insbesondere unter den Homo- oder Co-Polymeren, die Lactamringe enthalten, zur Bildung der Schmierstofftr gerschicht ein Trägermaterial bevorzugt, das Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam enthält. Es handelt sich bei diesem Stoff um einen wasserlöslichen Thermoplast, der mit Erfolg jahrzehntelang im humanphysiologischen Bereich angewendet wird. Er kann bedenkenlos oral aufgenommen und mit der Haut in Kontakt gebracht werden. Beispielsweise wird dieser Stoff bisher bekanntermaßen in der Pharmazie zu Herstellung von Tabletten-Überzügen eingesetzt. Auch eine Verwendung als Blutplasma-Ersatz, als Haar-Spray-Bestandteil, als Träger für Haut-Desinfektionsmittel (Jodophor) , als Blasenkatheter- Überzug (LoFric^®-Cath-Kit™) , als Eindickungs-Bestandteil von Gleitmitteln für den Geschlechtsverkehr (US-PS 5 208 031) und in neuerer Zeit als Brustimplantat (NOVAGOLD™) sind bekannt. Eine bezüglich der Toxikologie zusammen- fassende Wertung enthält die Monographie von B.V.Robinson u.a. "A Critical Review of the Kinetics & Toxicology of Polyvinylpyrrolidone (Povidone) " , Lewis Publishers, 1990, 232 S..

Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam ist ein weißes, hygroskopisches Pulver, das gut in Wasser, Alkoholen, Ethylacetat, Chloroform, Methylenchlorid und anderen Chlorkohlenwasserstoffen gelöst werden kann, und demzufolge außer im festen Zustand auch gelöst in diesen Stoffen, ggf. in einem kolloiddispersen System, als Trägermaterial auf ein kaltumzuformendes Metall applizierber ist. In Wasser löst sich Poly-N-vinyl- γ-butyrolactam unter leicht saurer Reaktion. Obwohl das Stickstoffatom des Poly-N-vinyl-γ-butyrolactams einerseits an die Vinylkette und andererseits innerhalb des Lactam- rings gebunden ist, bestätigt sich damit die oben getroffene Aussage zum Säure-Charakter der Lactame. Als Bestandteil von Colorwaschmitteln ist Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam unter anderem aus diesem Grund beispielsweise geeignet, anionische Farbstoffe als Komplexe zu binden. In Dioxan, Tetrahy- dofuran und Toluol ist die Löslichkeit von Poly-N-vinyl-γ- butyrolactam mäßig, in Ethern, Mineralölen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen nahezu gar nicht gegeben.

Der o.g. HLB-Wert ist kausal mit dem elektrophoretischen oder sogenanten Zeta-Potential verbunden, das im optimalen HLB-Bereich ein Maximum zeigt. Zwar haben beispielsweise elektrophoretische Untersuchungen der Mobilität von Komplexen, die aus Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam und Natriumdo- decylsulfonat gebildet wurden, ergeben, daß diese Mobiliät und damit das Zeta-Potential unabhängig von der molaren Masse des Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam sei (J. Biochem. (Tokyo) (1974), 75 (2), S. 309-319), jedoch wird eine molare Masse von etwa 10 000 bis 50 000, insbesondere von etwa 20 000 bis 40 000, für Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam bzw. auch für eines der oben genannten Co-Polymere beim Einsatz in einem erfindungsgemäßen Trägermaterial als optimal angesehen. Üblicherweise kann Poly-N-vinyl-γ- butyrolactam bei unterschiedlichem Polymerisationsgrad eine mittlere molare Masse im Bereich von etwa 10 000 bis 360 000 aufweisen.

Die Dichte des Poly-N-vinyl-γ-butyrolactams liegt bei etwa 1,25 g/cm³, seine Glastemperatur bei etwa 175 °C. Letzteres ist insofern für die erfindungsgemäße Verwendung günstig, als bei einem im Ziehverfahren zu verformenden Drahtmaterial beim Durchtritt durch die Ziehdüse diese Temperatur infolge der auftretenden dissipativen Prozesse kaum erreicht wird.

Entsprechend der Erfindung werden somit sowohl für organische Verbindungen aus der Gruppe der Lactame, insbesondere von Homo- oder Co-Polymeren, welche vorzugsweise γ-Lactam- ringe, enthalten, als auch insbesondere für Poly-N-vinyl-γ- butyrolactam ein neuer Verwendungszweck und zwar als zumindest anteiliger Bestandteil einer oberflächigen Schmierstofftragerschicht für ein in einem Kaltumformverfahren zu verformendes Material, insbesondere für ein im Ziehverfahren zu verformendes Drahtmaterial aufgezeigt, wobei auf die Schmierstofftragerschicht nachfolgend ein Festschmierstoff aufbringbar ist.

Wie bereits erwähnt, kann das Trägermaterial dienende Poly- N-vinyl-γ-butyrolactam in der Trockenphase, insbesondere in Pulver- und/oder Granulatform vor allem mechanisch durch Aufpressen, Aufreiben bzw. Andrücken aufgebracht werden. auf das zu verformende Material aufgebracht werden. Das Trägermaterial kann dabei neben den vorerwähnten Stoffen als weitere Rezepturkomponente auch Seifenanteile, wie Metallseife, insbesondere Kaliumseife, oder ein Metallseifen-Gemisch enthalten. Ebenso ist es möglich, daß zur Bildung der Schmierstofftragerschicht ein Trägermaterial aufgebracht wird, das Füllstoffe, insbesondere oxidische Füllstoffe, wie Magnesiumoxid oder Titandioxid, enthält. Insbesondere im letzteren Fall wirkt Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam als Haftvermittler, d.h. als Aggegationshilfsmittel für die Füllstoffe und ist vorteilhafterweise darüber hinaus imstande deren eventuelle abrasive Wirkung herabzusetzen. Ein solches Mehrkomponenten-Trägermaterial kann mit dem Vorteil einer hohen erzielbaren Homogenität durch Einschluß einer Co-Extrusion der Rezepturbestandteile mit nachfolgender Zerkleinerung in das Herstellungsverfahren gefertigt werden.

Bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Trägermaterials können alle Vorteile des aus der WO 9511096 AI bekannten Verfahrens mit einem Trägermaterial in der Trockenphase zur Geltung kommen, bzw. ihre positive Wirkung wird noch verstärkt. Die Beschichtung ist außerordentlich einfach und wirtschaftlich durchführbar. Es braucht lediglich das Trockenträgermaterial zu den Andruckkörpern in den Behälter eingefüllt zu werden. Nachfolgend braucht dann nur noch dafür gesorgt zu werden, daß stets ein ausreichendes "Reservoir" vorhanden ist, d.h. das Trockenträgermaterial braucht lediglich jeweils um die Verbrauchsmenge ergänzt zu werden. Eine Entsorgung oder Grundentleerung entfällt vorteilhafterweise gänzlich.

Die Andruckkörper können mit Vorteil auch von dem Trocken- trägermaterial selbst gebildet sein, indem dieses in Granulat- bzw. Pelletform aus größeren Partikeln bzw. Teilen besteht. Hierbei werden vorzugsweise unterschiedliche Formen und/oder Größen so miteinander kombiniert, daß ein Grobanteil und ein Feinanteil entsteht, wobei der Grobanteil als Andruckkörper wirkt und sich dabei gleichzeitig unter Bildung von feineren Partikeln zerreibt, die dann von den größeren Partikeln auf der Materialoberfläche mechanisch aufgepreßt werden. Der Feinanteil entsteht somit praktisch "von selbst", so daß im wesentlichen nur der Grobanteil nachgefüllt zu werden braucht.

Vorteilhafte Weiterbildungen und besondere Ausführungs- formen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung enthalten.

Anhand der Zeichnung soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei wird beispielhaft der spezielle Anwendungsfall der Erfindung beim "Drahtziehen" behandelt, ohne jedoch die Erfindung hierauf zu beschränken. Vielmehr können die grundlegenden erfindungsgemäßen Maßnahmen auch im Zusammenhang mit anderen Umformverfahren angewandt werden, wie z.B. beim Rohrziehen, Tiefziehen und Kaltwalzen.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine stark schematisierte Prinzipansicht einer Drahtzieh-Einrichtung,

Fig. 2 einen Längs-Vertikalschnitt durch die in Fig. 1 schematisch angedeutete Beschichtungsvorrichtung .

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind dieselben Teile auch stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß sie inder Regel auch nur einmal beschrieben werden.

Gemäß Fig. 1 wird ein durch Warmwalzen vorgeformtes Draht - material 1 im kontinuierlichen Durchlauf, dem sogenannten Ziehverfahren, kaltverformt , wozu es durch mindestens eine Ziehstation 2, üblicherweise aber sukzessive durch mehrere Ziehstationen nacheinander, gezogen wird. Jede Ziehstation 2 besteht aus einer Ziehdüse 3 (Ziehmatrize insbesondere aus Diamant oder Hartmetall) und einem dieser vorgeordneten Schmierstoff-Behälter 4, in dem sich ein insbesondere pulverförmiger Festschmierstoff auf Metallseifenbasis befindet, durch den das Drahtmaterial 1 so hindurchgezogen wird, daß Schmierstoffpartikel am Draht anhaften und in Pfeilrichtung 5 in die Ziehdüse 3 hinein mitgenommen werden und dort einen Trennschmierfilm bilden.

Um nun die Haftung des Festschmierstoffes am Material 1 zu verbessern, ist einerseits eine vorhergehende Entzunderung (Entfernung einer oberflächigen Oxidschicht) vorgesehen, und andererseits wird nach der Entzunderung in einer Be- schichtungsvorrichtung 6 eine Schmierstofftragerschicht auf der Oberfläche des Drahtmaterials 1 gebildet, und zwar erfindungsgemäß unter Einsatz eines neuartigen Trägermaterial in der Schmierstofftragerschicht.

Das Entzundern des Drahtmaterials 1 erfolgt insbesondere mechanisch (Trocken-Entzunderung) und kann durch mehrmaliges Biegen des Drahtmaterials 1 in einer bekannten Biege- Entzunderungsvorrichtung 7 durchgeführt werden, indem das Drahtmaterial 1 mehrmals über Umlenkrollen bzw.- walzen 8 umgelenkt wird. Zusätzlich oder alternativ zu der Biege- Entzunderungsvorrichtung 7 kann auch eine "Linear-Entzun- derungsvorrichtung" 9 vorgesehen sein, die der zu ziehende Draht geradlinig durchläuft. Bezüglich des detaillierten Aufbaus und der Wirkungsweise dieser "Linear-Entzunderungs- vorrichtung" 9 wird in vollem Umfang auf die WO 9511096 AI verwiesen.

Fig. 2 zeigt die der Entzunderungsvorrichtung nachgeschaltete Beschichtungsvorrichtung 6, im vorliegenden Fall eine Trocken-Beschichtungsvorrichtung, die im folgenden kurz erläutert wird. Bezüglich des detaillierten Aufbaus und der Wirkungsweise der Trockenbeschichtungsvorrichtung 6 wird auch hier in vollem Umfang auf die WO 9511096 AI verwiesen. Ein an seiner Unterseite geschlossener Behälter 10 der Beschichtungsvorrichtung 6 dient zur Aufnahme einer Vielzahl von losen Andruckkörpern 11, die von größeren Partikeln (Pellets) des erfindungsgemäßen Trägermaterials 12 gebildet sein können. Eine bestimmte Menge des erfindungsgemäßen Trägermaterials 12 kann in Pulver- und/oder Granulatform in den Behälter 10 - ggf. zusätzlich zu den formstabilen Andruckkörpern 11 - eingefüllt werden. Die Andruckkörper 11 sind innerhalb des Behälters 10 derart in Bewegung versetzbar, daß sie durch über die Materialoberfläche hinweg gleichmäßige Berührungskontakte das zwischen ihnen enthaltene, feinere Trägermaterial 12 als Schmierstofftragerschicht auf die Oberfläche des Materials 1 mechanisch aufbringen. Hierbei handelt es sich praktisch um ein Aufpressen, Andrücken, Aufwalzen bzw. Aufreiben, wodurch jedenfalls die Partikel in die Oberflächenvertiefungen des Materials 1 eingedrückt werden. Die Bewegung der Andruckkörper 11 wird im wesentlichen durch eine Förderschnecke 13 bewirkt. Dies bedeutet, daß sich die Andruckkörper 11 mit dem zwischen ihnen enthaltenen, feineren Partikeln des Trägermaterials 12 außerhalb eines im Behäl- ter 10 befindlichen Bearbeitungskanals 14 in einer der Ziehrichtung (Pfeil 15) des Drahtmaterials 1 entgegengesetzten Richtung 16 bewegen, dann durch eine erste Durchtrittsöffnung 17 in den Bearbeitungskanal 14 eintreten, dort von dem Drahtmaterial 1 in Ziehrichtung 15 mitgenommen werden und dabei die Schmierstofftragerschicht bilden sowie im Endbereich des Bearbeitungskanals 14 aus diesem über eine zweite Durchtrittsöffnung 18 wieder austreten. Dieser Kreislauf wiederholt sich fortlaufend. Die Bewegung der Andruckkörper 11 innerhalb des Bearbeitungs- kanals 14 wird dabei durch innere Ansätze 19 an der Wand des Bearbeitungskanals 14 und/oder durch Querschnittsverengungen intensiviert. Vorteilhafterweise wird durch die ständige Bewegung der Andruckkörper 11 das Trockenträgermaterial 12 sehr fein zerrieben bzw. zermahlen; die dadurch entstehenden, äußerst kleinen Partikel haften besonders gut in den feinen Vertiefungen der Oberflächenstruktur des Materials 1. Eine Draht-EinlaufÖffnung 20 des Bearbeitungskanals weist dabei vorzugsweise einen geringfügig größeren Durchmesser als das Drahtmaterial 1 auf, um eine reibungsfreie bzw. reibungsarme Bewegung zu gewährleisten. Demgegenüber ist eine Draht-AuslaufÖffnung 21 vorzugsweise in ihrem Durchmesser derart an das Drahtmaterial 1 und die gewünschte Schichtdicke der Schmierstofftragerschicht angepaßt, daß die gewünschte Schichtdicke durch Abstreifen eines Teils der - innerhalb des Bearbeitungskanals 14 eigentlich "dicker" gebildeten - Schmierstofftragerschicht eingestellt wird. Die Andruckkörper 11 können auch von dem Trägermaterial 12 selbst gebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wurde Poly-N- vinyl-γ-butyrolactam in technisch reiner Form als Trägermaterial 12 für die auszubildende oberflächige Schmierstofftragerschicht eingesetzt. Es kann aber erfindungsgemäß, wie bereits erwähnt, auch ein Trägermaterial 12 eingesetzt werden, welches aus einer insbesondere pulver- und/oder granulatförmigen Trockenrezeptur besteht, die vorzugsweise - in bestimmten Anteilen - Füllstoffe und einen Seifenanteil enthält. Die Füllstoffe bewirken in erster Linie eine Haftung auf dem Material 1 und können hierzu bevorzugt zumindest anteilig aus Metall - oxiden und/oder erfindungsgemäß nur sehr geringen Anteilen an Metallsalzen bestehen. Der Seifenanteil kann insbesondere aus einer Metallseife oder aus einem Gemisch mehrerer (z.B. zwei) Metallseifen bestehen und bewirkt zusammen mit dem Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam einen Haftgrund für ein nachfolgend in der Ziehstation 2 aufzubringendes Trockenschmiermittel, indem die Seifenanteile miteinander reagieren. Die Rezeptur des erfindungsgemäßen Trägermaterials 12 kann einen relativ hohen Füllstoffanteil von etwa 70 bis 98 Masseprozent und einen relativ geringen Seifenanteil von etwa 2 bis 30 Masseprozent enthalten. In Verbindung damit kann dann bevorzugt ein Trockenschmiermittel auf Seifenbasis mit einem sehr hohen Seifenanteil und einem geringen Füllstoffanteil eingesetzt werden. Es handelt sich somit um eine "Verlagerung" der die Haftung auf dem Material bewirkenden Füllstoffe in das erfindungsgemäße Trägermaterial 12. Das Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam und/oder der Seifenanteil des Trägermaterials 12 wirken lediglich als Verbindungskomponenten zum Festschmierstoff .

Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Einsatz von Poly-N- vinyl-γ-butyrolactam hat es sich jedoch gezeigt, daß das Trägermaterial 12 bereits hinreichende Schmiereigenschaften besitzt, so daß gegebenenfalls sogar auf einen nachfolgend aufzubringenden Festschmierstoff verzichtet werden kann. Für das gefertigte Endmaterial wird heute eine schnelle und einfache Reinigung von Schmierstoffen verlangt. Die Verwendung von Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam als erfindungsgemäßes Trägermaterial 12 hat daher insofern einen weiteren besonderen Vorteil, als dadurch die Ausbildung eine wasserlösliche Schmierstoffschicht erreicht wird, die nach der Kaltumformung leicht abgespült werden kann. Gleiches ist bekanntermaßen auch beim Einsatz von Kaliumseifen als Rezepturbestandteil des Trägermaterials 12 der Fall.

Nach dem Entfernen der aus Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam gebildeten oberflächigen Schmierstofftragerschicht von dem gezogenen Drahtmaterial 1 wies dieses im Vergleich zu Drahtmaterial, das unter Einsatz eines bekannten Trägermaterials hergestellt wurde, eine signifikant niedrigere Oberflächenrauhigkeit auf.

Durch Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam kann auch im Vergleich mit den bekannten Trägermaterialien (beispielsweise Kaliumseife) infolge seiner guten Oberflächenhaftung eine noch gleichmäßigere Beschichtung des zu verformenden Materials 1 und aufgrund seiner hohen Glastemperatur eine noch höhere Stabilität der Schmierstofftragerschicht erreicht werden, wobei bekannt ist, daß schon ein Trägermaterial auf der Basis von Kaliumseifenanteilen gegenüber beispielsweise Kalium- und Natriumseifenanteilen ähnliche, jedoch weniger stark ausgeprägte Vorteile aufweist, wie Poly-N-vinyl-γ- butyrolactam gegenüber Seifen.

Daher können bereits sehr geringe Füllstoffanteile im erfindungsgemäßen Trägermaterial 12 ausreichend sein, eventuell kann ein Füllstoffanteil gänzlich entbehrlich sein. Dennoch wird, im Gegensatz zu Trägern mit Füllstoff- anteil und Seifen, die z.B. auf Ca, Na bzw. Lithium basieren, ein hoher Verformungsgrad des Werkstoffes bei schneller und einfacher Reinigungsmöglichkeit des verformten Materials erzielt. Insbesondere ist auf einen nennenswerten abrasiv wirkenden Anteil an kristallinen anorganischen Salzen im erfindungsgemäßen Trägermaterial 12 verzichtbar.

Ein erfindungsgemäßes Trägermaterial 12 aus Poly-N-vinyl-γ- butyrolactam (oder sogar schon mit einem nur relativ geringen Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam-Anteil (unter 10 %) ) eignet sich auch, wie dies von Kaliumseifen bekannt ist, vorteilhaf erweise dazu, ohne einen nachfolgenden Festschmier- stoff beim Ziehvorgang auszukommen und trotzdem gute Schmiereigenschaften zu bewirken. Ebenso lassen sich Materialien 1, die mit Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam-Trocken- trägermaterial beschichtet wurden, vorteilhafterweise sehr gut in einem anschließenden Naßverformungsprozeß bzw. Naßziehvorgang verarbeiten, ohne daß es einer weiteren Schmierkomponente bedarf . Das trockenbeschichtete Material 1 braucht im einfachsten Fall lediglich mit Wasser beaufschlagt zu werden, wodurch sich sogleich eine schmierungs- technisch verformungsf hige Oberfläche ergibt, und zwar durch Emulsion oder Dispersion, je nach der genauen Rezeptur des Trägermaterials. Dabei tritt auch der von Kaliumseifen bekannte Vorteil auf, daß die Haftungseigenschaften des verformten Materials 1 bzw. Drahtes mit anderen Werkstoffen, wie z.B. Gummi, sehr positiv beeinflußt werden. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil beispielsweise für die Reifenindustrie dar, wobei Stahl - drahte mit Gummi verbunden werden.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsund Anwendungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen, Varianten und Anwendungen. Beispielsweise fällt auch die Verwendung von ε-Kaprolactam, die vorzugsweise im Verein mit einer organischen Verbindung, die apolare Gruppen und/oder Reste, wie Alkyl- oder Alkylarylgruppen oder - reste, enthält, realisiert werden kann, als anteiliger Bestandteil einer oberflächigen Schmierstofftragerschicht für ein Kaltumformverfahren, wie es vorstehend beschrieben wurde, in den Rahmen der Erfindung. ε-Kaprolactam bildet ähnlich wie Poly-N-vinyl-γ-butyrolactam farblose wasserlösliche hygroskopische Blättchen, besitzt allerdings mit 69 °C einen sehr viel niedrigeren Schmelzpunkt. Bei der Verarbeitung ε-Kaprolactam sind die Einhaltung einer maximalen Arbeitsplatzkonzentration von 25 mg/m³ und seine Neigung zur Polymerisation in wässriger Lösung zu beachten, wobei letzteres durch Einhaltung eines entsprechend niedrigen Temperaturregimes und Inhibitoren verhindert werden kann. Demgegenüber steht jedoch ein im Vergleich mit Poly- N-vinyl-γ-butyrolactam bedeutender Preisvorteil, der damit verbunden ist, daß ε-Kaprolactam als Zwischenprodukt zur Polyamidsynthese in einer Jahresproduktion von Millionen Tonnen hergestellt wird.

Ferner ist die Erfindung auch keineswegs auf die in jedem der unabhängigen Ansprüche enthaltenen Merkmale beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt in der Anmeldung offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal jedes unabhängigen Anspruchs weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die Ansprüche bislang lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen. Im Zusammenhang damit ist darauf hinzuweisen, daß die beschriebenen erfindungsgemäßen Trägermaterialien 12 auch schon als Behandlungsagenzien in der beschriebenen "Linear-Entzunderungsvorrichtung" 9 mit Erfolg eingesetzt werden können.

Bezugszeichen

1 kaltumzuformendes (Draht- ) material

2 Ziehstation

3 Ziehdüse

4 Schmierstoff -Behälter

5 Bewegungsrichtung der Schmierstoffpartikel

6 Beschichtungsvorrichtung

7 (Biege- ) Entzunderungsvorrichtung

8 Umlenkrollen bzw. -walzen

9 Linear-Entzunderungsvorrichtung

10 Behälter

11 Andruckkörper

12 Trägermaterial

13 Förderschnecke in 10

14 Bearbeitungskanal in 10

15 Ziehrichtung von 1

16 entgegengesetzte Richtung zu 15

17 erste Durchtrittsöffnung in 14 für 11, 12

18 zweite Durchtrittsöffnung in 14 für 11, 12

19 innere Ansätze an 14

20 Draht -EinlaufÖffnung von 14

21 Draht -AuslaufÖffnung von 14

Claims

Ansprüche

1. Trägermaterial (12) zur Ausbildung einer oberflächigen Schmierstofftragerschicht , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine organische Verbindung aus der Gruppe der Lactame als zumindest anteiliger Rezepturbestandteil.

2. Trägermaterial (12) nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine organische Verbindung mit apolaren Gruppen und/oder Resten, wie Alkyl- oder Alkylarylgruppen oder -resten, als anteiliger Rezepturbestandteil.

3. Trägermaterial (12) nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Homo- oder Co-Polymer, welches γ-Lactamringe, als funktio- nelle Gruppen enthält, als zumindest anteiliger Rezepturbestandteil .

4. Trägermaterial (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Poly-N-vinyl- γ-butyrolactam als zumindest anteiliger Rezepturbestandteil .

5. Trägermaterial (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Seifenanteil als Rezepturbestandteil .

6. Trägermaterial (12) nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Seifenanteil durch eine Metallseife, insbesondere eine Kaliumseife, oder ein Metallseifen-Gemisch gebildet ist .

7. Trägermaterial (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Füllstoffanteil , insbesondere einen Anteil oxidischer Füllstoffe, wie Magnesiumoxid oder Titandioxid, als Rezepturbestandteil .

8. Trägermaterial (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Wachsund/oder Öl-Rezepturbestandteil, insbesondere einen Paraffin-, Vaseline-, Stearinsäure, Paraffinöl - und/oder Siliconölanteil als Rezepturbestandteil, mit einem vorzugsweise im Bereich von 8 bis 18 liegenden HLB-Wert.

9. Trägermaterial (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Rezepturbestandteil mit einem im Bereich von 12 bis 17, insbesondere von 15, liegenden HLB-Wert.

10. Trägermaterial (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Wachsund/oder Öl -Rezepturbestandteil , insbesondere einen Paraffin-, Vaseline-, Stearinsäure, Paraffinöl - und/oder Siliconölanteil als Rezepturbestandteil, mit einem vorzugsweise im Bereich von 3 bis 8 liegenden HLB-Wert.

11. Trägermaterial (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ε-Kaprolactam als zumindest anteiliger Rezepturbestandteil.

12. Trägermaterial (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Herstellungsweise, die eine Co-Extrusion der Rezepturbestandteile mit nachfolgender Zerkleinerung umfaßt.

13. Trägermaterial (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine pulver- und/oder granulatförmige Verarbeitungs- und/oder Lieferform.

14. Trägermaterial (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Verarbeitungs- und/oder Lieferform als Hydrogel oder -sol .

15. Verwendung eines Trägermaterials (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 für ein in einem Kaltumformverfahren zu verformendes Material, insbesondere für ein im Ziehverfahren zu verformendes Drahtmaterial (1) , wobei auf die Schmierstofftragerschicht nachfolgend ein Festschmierstoff aufbringbar ist.

16. Verfahren zur Kaltumformung, bei dem eine oberflächige Schmierstofftragerschicht auf ein zu verformendes Material aufgebracht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bildung der Schmierstofftragerschicht ein Trägermaterial (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 in der Trockenphase aufgebracht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein vorzugsweise pulver- und/oder granulatförmiges Trägermaterial (12) verwendet und dieses insbesondere mechanisch durch Aufpressen, Aufreiben bzw. Andrücken aufgebracht wird.

18. Verfahren zur Kaltumfor ung, bei dem eine oberflächige Schmierstofftragerschicht auf ein zu verformendes Material aufgebracht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bildung der Schmierstofftragerschicht ein Trägermaterial (12) nach Anspruch 14 als Hydrogel oder -sol, insbesondere im Tauchbad oder mittels eines Sprühvorganges, aufgebracht wird.

19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf ein im Ziehverfahren zu verformendes Drahtmaterial (1) auf die Schmierstofftragerschicht nachfolgend ein Festschmierstof aufgebracht wird.

20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nach der Kaltumformung die Schmierstofftragerschicht und ggf. der Festschmierstoff mit Wasser abgespült werden.