WO2001010986A1

WO2001010986A1 - Metallumformung mit einem zweiphasen-kühlschmierstoffsystem

Info

Publication number: WO2001010986A1
Application number: PCT/EP2000/007324
Authority: WO
Inventors: Hartmut Rieger; Daniel Juzl
Original assignee: Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
Priority date: 1999-08-07
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2001-02-15
Also published as: CA2381501A1; AU6988400A; TR200200033T2; US6705142B1; EP1200543A1

Abstract

Verfahren zur spanabhebenden oder spanlosen Umformung von Metallen unter Verwendung von zwei Kühlschmierstoffen, wobei man als ersten Kühlschmierstoff ein Öl oder eine erste Emulsion mit einem Ölgehalt von mindestens 10 Gew.-% an der Tribozone und gleichzeitig als zweiten Kühlschmierstoff einen ölfreien Kühlschmierstoff oder eine zweite Emulsion, die eine Öl-in-Wasser-Emulsion mit einem Ölgehalt von weniger als 10 Gew.-% darstellt, neben der Tribozone auf das Werkstück aufbringt. Je nach Bearbeitungstechnik verwendet man zur Zufuhr von erstem und zweitem Kühlschmierstoff vorzugsweise eine Zweistoffdüse, wobei der Strahl des zweiten Kühlschmierstoffs den Strahl des ersten Kühlschmierstoffs konzentrisch umgibt. Alternativ ist es möglich, den ersten Kühlschmierstoff durch Kanäle im Werkzeug direkt der Tribozone zuzuführen, während der zweite Kühlschmierstoff in der Peripherie aufgebracht wird. Die ablaufenden Kühlschmierstoffe werden gemeinsam einem Vorratsbehälter zugeführt, wo eine Phasentrennung im ersten und zweiten Kühlschmierstoff erfolgt. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit zwei Vorratsbehältern, wobei zur Vervollständigung der Phasentrennung die im ersten Behälter abgeschiedene Phase des ersten Kühlsschmierstoffs in den zweiten Behälter überführt wird.

Description

"Metallumformung mit einem Zweiphasen-Kühlschmierstoffsystem"

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der spanabhebenden und spanlosen Umformung von Metallen. Sie betrifft ein neues Verfahren zum Einsatz der erforderlichen Kühlschmierstoffe.

Beispiele für die spanabhebende Bearbeitung (= Umformung) von Metallen sind Schneiden, Bohren, Drehen oder Fräsen, für die spanlose Umformung Tiefziehen und Massivumformung. Für diese Prozesse werden flüssige Hilfsmittel, sogenannte Kühlschmierstoffe, benötigt. Diese haben im wesentlichen die Aufgabe, die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück zu verringern, die entstehende Wärme abzuführen und Metallabrieb (Feinabrieb, Stäube) bzw. Späne zu entfernen. Weiterhin müssen sie eine Verfärbung und/oder eine Korrosion der bearbeiteten Werkstücke verhindern.

Ein Überblick über die formgebenden Metallbearbeitungsprozesse und die hierfür üblicherweise verwendeten Hilfsmittel ist beispielsweise Ullmann's Encyclopaedia of Industrial Chemistry, 5th Ed., Vol.A15, 479-486 zu entnehmen. Das Spektrum der Anbietungsformen der in Betracht kommenden Hilfsmittel reicht dabei von Ölen über ÖI-in-Wasser-Emulsionen bis hin zu wäßrigen Lösungen. Üblicherweise werden den Basisflüssigkeiten - öl oder Wasser - weitere Komponenten wie beispielsweise Viskositätsregulatoren, Entschäumer oder Korrosionsinhibitoren zugesetzt. Speziell bei ölbasierten Systemen sind weiterhin Schmieradditive, beispielsweise sogenannte "EP-Additive", gebräuchlich. Für die Bildung von Emulsionen ist in der Regel der Einsatz von Emulgatoren erforderlich; in vielen Fällen werden die Mittel zudem durch Biozide stabilisiert.

Als Ölkomponenten werden heutzutage vorzugsweise Paraffin- oder Mineralöle eingesetzt. Daneben kommen auch sogenannte synthetische Schmiermittel ("synthetische Öle") wie beispielsweise Polyolefme in Betracht. Weitere Beispiele von Ölkomponenten sind Esteröle, die auf pflanzlichen oder tierischen Ölen basieren können, Acetale oder Dialkylether. Durch die Auswahl der Öle und ihrer Mischungen nach Eigenschaften wie Polarität oder Viskosität lassen sich Metallbearbeitungsmittel formulieren, die die technischen Anforderungen für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete erfüllen.

Um eine ausreichende Schmierwirkung zu entfalten, müssen die Kühlschmierstoffe schmierend wirkende Komponenten enthalten. Bei wasserlöslichen Kühlschmierstoffen, die keine ölphase enthalten, werden als Schmierkomponente häufig Polyglykole eingesetzt. Derartige wäßrige Kühlschmierstoffe bewirken zwar eine gute Wärmeabfuhr, ihre Schmierwirkung ist jedoch beschränkt. Andererseits kann man als Kühlschmierstoffe im wesentlichen wasserfreie Öle einsetzen. Diese zeigen sehr gute Schmierwirkung und infolge ihrer Hydrophobie auch Korrosionsschutzwirkung, wegen der Viskosität und der geringen Wärmekapazität der öle ist die Spül- und Kühlwirkung jedoch eingeschränkt. Die Verwendung von ölen als Kühlschmierstoffe hat diverse Nachteile: Der hohe Preis der Öle und der beispielsweise durch schwieriges Abfiltrieren der anfallenden Späne und Schlämme bedingte Pflegeaufwand führen zu hohen Kosten. Die Entsorgung der anfallenden ölgetränkten Späne und Schlämme ist problematisch, da diese beispielsweise beim Versuch der metallurgischen Wiederaufarbeitung zu Verpuffungen oder Explosionen führen können. Auch das Öl-Luft-Gemisch, das an der Bearbeitungsmaschine entsteht, kann zu Explosionen oder Verpuffungen führen. Daher sind die Maschinen mit hohem Aufwand gekapselt, um einen unkontrollierten Luftzutritt zu verhindern. Vor dem Öffnen der Maschine, um beispielsweise das Werkstück auszuwechseln, muß die ölhaltige Luft erst über Filter abgesaugt werden. Dies verlangsamt die Produktionszyklen.

Einen verbreitet eingesetzten Kompromiß hinsichtlich Kosten und Aufwand, Wärmeabfuhr, Schmierwirkung und Korrosionsschutz stellen Kühlschmierstoffe in Form von ÖI-in-Wasser-Emulsionen dar. Diese enthalten in der Regel etwa 0,05 bis etwa 5 Gew.-% einer Ölphase, die mit Hilfe von Emulgatoren in Form von Tröpfchen im Submikrometer-und Mikrometerbereich in der Wasserphase dispergiert ist. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil derartiger Kühlschmierstoffemulsionen sind Korrosionsinhibitoren.

Zur Verbesserung der Schmierwirkung von rein öligen Kühlschmierstoffen (die auch als Schneidöle oder Umformöle bezeichnet werden) oder von ölhaltigen Kühlschmierstoffemulsionen werden häufig sogenannte EP-Additive zugesetzt. Diese können ausgewählt sein aus Phosphor-, Schwefel- oder bei verringerten Ansprüchen an Umweltschutz auch Chlor-haltigen organischen Verbindungen. Insbesondere werden häufig Schwefel-organische Verbindungen als EP-Additive eingesetzt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur spanabhebenden oder spanlosen Umformung von Metallen zur Verfügung zu stellen, das sowohl hinsichtlich Schmierung als auch hinsichtlich Kühlung und Späneabfuhr optimiert ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur spanabhebenden oder spanlosen Umformung von Metallen unter Verwendung von zwei Kühlschmierstoffen, wobei man als ersten Kühlschmierstoff ein Öl oder eine erste Emulsion mit einem Olgehalt von mindestens 10 Gew-% an der Tribozone und gleichzeitig als zweiten Kühlschmierstoff einen ölfreien Kühlschmierstoff oder eine zweite Emulsion, die eine ÖI-in-Wasser-Emulsion mit einem Olgehalt von weniger als 10 Gew.-% darstellt, neben der Stelle der Tibozone auf das Werkstück aufbringt. Unter dem Begriff „Tribozone" wird diejenige Stelle am Werkstück verstanden, an der durch den Eingriff des Werkzeugs hohe Reibungskräfte entstehen. Dies ist beispielsweise die Stelle, an der die Späne oder der Metallabrieb erzeugt werden. Bei der spanlosen Umformung ist es die Stelle, bei der das Metall durch die Einwirkung des Werkzeugs (beispielsweise des Stempels) zum Fließen gebracht wird. Generell ist die Tribozone diejenige Stelle, an der das Werkzeug formgebend auf das Werkstück einwirkt und die daher gut geschmiert werden muß.

Der Kern der Erfindung liegt also darin, daß bei der spanabhebenden oder spanlosen Umformung von Metallen nicht ein einziger Kühlschmierstoff eingesetzt wird, sondern daß mit 2 unterschiedlichen Typen von Kühlschmierstoffen gearbeitet wird. Der erste Kühlschmierstoff stellt ein reines Öl oder eine ölreiche Phase dar, die eine besonders gute Schmierwirkung zeigen. Bevorzugterweise ist der erste Kühlschmierstoff ein Öl, das möglichst wenig Wasser enthält. Der erste Kühlschmierstoff kann jedoch auch eine ölreiche Wasser-in-ÖI- oder eine Öl-inWasser-Emulsion darstellen, die einen Olgehalt von mindestens 10 Gew.-% Wasser aufweist. Vorzugsweise beträgt der olgehalt mindestens 20 Gew.-% und insbesondere mindestens 50 Gew.-%. Dieser erste Kühlschmierstoff wird möglichst nahe an der Tribozone auf das Werkstück aufgebracht. Er wird also gezielt an diejenige Stelle gebracht, wo der formgebende Eingriff des Werkzeugs in das Werkstück erfolgt und wo demnach eine besonders gute Schmierung erforderlich ist. Gleichzeitig hiermit wird der zweite Kühlschmierstoff neben der Tribozone, also in der Peripherie auf das Werkstück aufgebracht. Dies kann in einem Strahl (oder Schwall) oder in mehreren Stahlen erfolgen. Besonders bevorzugt ist eine weiter unten näher beschriebene Ausführungsform, bei der ein kegelförmiger Strahl des zweiten Kühlschmierstoffs einen schmaleren Strahl des ersten Kühlschmierstoffs konzentrisch umgibt. Unter „neben der Tribozone" ist dabei zu verstehen, daß der zweite Kühlschmierstoff nahe an der Tribozone (Stelle der Spanerzeugung) auf das Werkstück aufgebracht wird, jedoch so weit von dieser entfernt, daß die Wirkung des ersten Kühlschmierstoffs nicht gestört wird. Dies ist beim Aufbringen des zweiten Kühlschmierstoffs auf das Werkstück im an die Tribozone angrenzenden Bereich (= Peripherie) der Fall. Der zweite Kühlschmierstoff übernimmt schwerpunktmäßig die Funktion der Kühlung von Werkstück und Werkzeug sowie der Abführung des Metallabriebs und/oder der Späne. Außerdem dient insbesondere der zweite Kühlschmierstoff dem Korrosionsschutz. Der zweite Kühlschmierstoff kann demnach so optimiert sein, daß er seine Teilaufgaben besonders gut erfüllt, ohne daß er eine ausgeprägte Schmierwirkung aufweisen muß.

Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, daß die beiden Kühlschmierstoffe nach einmaligem Gebrauch verworfen werden. Dies ist jedoch unwirtschaftlich und auch ökologisch nachteilig. Statt dessen führt man das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise in der Art aus, daß die vom Werkstück ablaufenden Kühlschmierstoffe zusammen in einem Vorratsbehältnis (= erstes Behältnis) aufgefangen werden. Da erster Kühlschmierstoff und zweiter Kühlschmierstoff sich nur wenig, vorzugsweise überhaupt nicht ineinander mischen, tritt in dem ersten Behältnis eine Phasentrennung zwischen erstem und zweitem Kühlschmierstoff ein, wobei sich eine ölreiche Phase des ersten Kühlschmierstoffs und eine wasserreiche Phase des zweiten Kühlschmierstoffs abscheiden. Während der gemeinsamen Rückführung der beiden Kühlschmierstoffe von der Bearbeitungsstelle in das Vorratsbehältnis kühlt der zweite Kühlschmierstoff den ersten Kühlschmierstoff, der durch die an der Tribozone entstehende Reibungswärme besonders stark erhitzt wurde. Dieser Kühlvorgang setzt sich im Vorratsbehältnis während der Phasentrennung fort, wo sich der erste Kühlschmierstoff tröpfchenweise und damit mit hoher Oberfläche vom zweiten Kühlschmierstoff separiert. Der zweite Kühlschmierstoff kühlt also nicht nur Werkzeug und Werkstück in der Umgebung der Tribozone, sondern auch direkt den ersten Kühlschmierstoff, bevor dieser erneut eingesetzt wird.

Üblicherweise wird der ölreiche erste Kühlschmierstoff auf dem wasserreichen zweiten Kühlschmierstoff aufschwimmen. Da dies eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, die von der konkret gewählten Kombination aus erstem und zweitem Kühlschmierstoff abhängt, ist das Behältnis konstuktiv derart ausgelegt, daß genügend Zeit zur Phasentrennung verbleibt, bevor die beiden Kühlschmierstoffe erneut dem Bearbeitungsprozeß zugeführt werden.

Zum Vervollständigen der Phasentrennung zwischen erstem Kühlschmierstoff und zweitem Kühlschmierstoff kann es vorteilhaft sein, ein zweites Behältnis vorzusehen, wobei die im ersten Behältnis abgeschiedene Phase des ersten Kühlschmierstoffs aus dem ersten Behältnis in das zweite Behältnis überführt wird und im zweiten Behältnis eine weitere Phasentrennung zwischen erstem und zweitem Kühlschmierstoff stattfindet. Als Ergebnis dieser zweiten Phasentrennung scheidet sich im zweiten Behältnis eine noch ölreichere Phase des ersten Kühlschmierstoffs von zuvor noch eingemischter wasserreicher Phase des zweiten Kühlschmierstoffs ab. Hierdurch wird eine bessere Phasentrennung erreicht als bei Verwendung eines einzigen Behältnisses. Die im zweiten Behältnis abgeschiedene wasserreiche Phase des zweiten Kühlschmierstoffs führt man vorzugsweise in das erste Behältnis zurück. Vorteilhafterweise führt man dies in der Art aus, daß die aus dem zweiten Behältnis in das erste Behältnis zurückgeführte Phase des zweiten Kühlschmierstoffs an eine Stelle im ersten Behältnis gelangt, die unterhalb der Phasengrenzfläche zwischen erstem und zweitem Kühlschmierstoff liegt.

Für das Überführen von erstem Kühlschmierstoff aus dem ersten in das zweite Behältnis und zur Rückführung der im zweiten Behältnis erneut abgeschiedenen Phase des zweiten Kühlschmierstoffs in das erste Behältnis können entsprechende Pumpen vorgesehen werden. Vorzugsweise führt man das Verfahren jedoch in der Art aus, daß der Boden des zweiten Behältnisses höher liegt als der Boden des ersten Behältnisses, so daß die Rückführung der im zweiten Behältnis abgeschiedenen Phase des zweiten Kühlschmierstoffs in das erste Behältnis mittels Schwerkraft erfolgen kann. Dabei kann die Rückführung der im zweiten Behältnis abgeschiedenen Phase des zweiten Kühlschmierstoffs in das erste Behältnis kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Bei diskontinuierlicher Verfahrensweise geht man vorzugsweise so vor, daß man den Füllstand im zweiten Behältnis feststellt, was beispielsweise über einen Schwimmer erfolgen kann, und beim Erreichen eines vorgegebenen Füllstandes ein Ventil, beispielsweise ein Magnetventil, in der Rückführungsleitung für die abgeschiedene Phase des zweiten Kühlschmierstoffs aus dem zweiten in das erste Behältnis öffnet. Das Ventil kann dann automatisch zeitgesteuert oder durchflußgesteuert oder einfacher dadurch gesteuert schließen, daß der Füllstand im zweiten Behältnis einen vorgegebenen unteren Wert erreicht. Vorzugsweise erfolgt das öffnen und Schließen des Ventils durch direkte Kopplung des Füllstandmessers mit dem Ventil.

Wenn der Füllstand im zweiten Behältnis eine vorgegebene Höhe unterschreitet, obwohl das Ventil in der Rückführungsleitung zum ersten Behältnis geschlossen ist, kann dies daran liegen, daß dem zweiten Behältnis mehr erster Kühlschmierstoff entnommen wird als aus dem ersten Behältnis zugeführt wird. In diesem Fall kann man vorsehen, die Menge an erstem Kühlschmierstoff im ersten

Behältnis und hierdurch mittelbar auch im zweiten Behältnis zu erhöhen, indem man ersten und zweiten Kühlschmierstoff getrennt oder als Mischung in das erste

Behältnis zugibt. Dabei kann das Mengenverhältnis zwischen erstem und zweitem

Kühlschmierstoff beliebig eingestellt werden. Selbstverständlich kann auch reiner erster Kühlschmierstoff dem ersten Behältnis zugeführt werden.

Die Entnahme von abgeschiedener Phase des ersten Kühlschmierstoffs im ersten Behältnis zur Überführung in das zweite Behältnis erfolgt vorzugsweise über eine Schwimmerabsaugung.

Unabhängig davon, ob man ein oder zwei Behältnisse vorsieht, entfernt man vorteilhafterweise feste Verunreinigungen aus der abgeschiedenen Phase des zweiten Kühlschmierstoffs im ersten Behältnis. Solche weitgehend metallische Verunreinigungen gelangen als Folge der Metallbearbeitungsvorgänge in den Kühlschmierstoff. Da die abgeschiedene Phase des zweiten Kühlschmierstoffs in der Regel eine geringere Viskosität aufweist als der erste Kühlschmierstoff oder eine Mischung der beiden Kühlschmierstoffe, lassen sich diese festen Verunreinigungen aus der abgeschiedenen Phase des zweiten Kühlschmierstoffs besonders leicht entfernen. Vorzugsweise führt man dies derart durch, daß man einen Anteil der abgeschiedenen Phase des zweiten Kühlschmierstoffs entnimmt und über eine Einrichtung zur Abscheidung von Feststoffen führt. Diese Einrichtung kann beispielsweise ein Magnetabscheider, ein Sieb, ein Filter oder eine Zentrifuge sein. Beim Einsatz einer Zentrifuge als Trenneinrichtung und bei Vorhandensein von zwei Behältnissen wählt man vorzugsweise eine 3-Phasen- Zentrifuge, die aus dem zweiten Kühlschmierstoff nicht nur die festen Verunreinigungen, sondern auch noch einemulgierte Anteile an erstem Kühlschmierstoff als zweite Flüssigphase abtrennt. In diesem Fall führt man den abgetrennten zweiten Kühlschmierstoff vorzugsweise in das erste Behältnis zurück, während man die abgetrennte Phase des ersten Kühlschmierstoffs vorzugsweise in das zweite Behältnis überführt. Man führt das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise derart aus, daß nach der Phasentrennung der erste und der zweite Kühlschmierstoff erneut in der Art auf das Werkstück aufgebracht werden, wie es vorstehend beschrieben wurde. Die beiden Kühlschmierstoffe können also wochen- bzw monatelang, in günstigen Fällen auch jahrelang im Kreis geführt und immer wieder eingesetzt werden, bevor sie nach bekannten Verfahren aufbereitet oder ersetzt werden müssen. Dabei sieht man vorzugsweise die im Stand der Technik der spanabhebenden Metallbearbeitung bekannten Pfiegemaßnahmen für die Kühlschmierstoffe vor, beispielsweise das Entfernen der Späne und des Abriebs sowie erforderlichenfalls ein Verhindern biologischer Verkeimung.

Demnach sieht man im erfindungsgemäßen Verfahren 2 Entnahmestellen für die beiden Kühlschmierstoffe aus dem Vorratsbehältnis vor. Dabei reicht jede Entnahmestelle in die gewünschte Phase des ersten oder des zweiten Kühlschmierstoffs. Vorzugsweise bildet man diese Entnahmestellen so aus, daß sich die Entnahmestelle für den in der Regel spezifisch dichteren zweiten Kühlschmierstoff nahe dem Boden des Behältnisses befindet, während die Entnahmestelle für den in der Regel spezifisch leichteren ersten Kühlschmierstoff auf der Kühlschmierstoffoberfläche aufschwimmt. Die Lage der Entnahmestelle paßt sich dann dem Flüssigkeitsniveau an, beispielsweise über ein Schwimmer- System. Abbildung 1 zeigt beispielhaft einen Vorratsbehälter mit den beiden getrennten Phasen von Kühlschmierstoff eins (oben) und Kühlschmierstoff zwei (unten) sowie die beiden getrennten Entnahmestellen für Kühlschmierstoff eins („C") und Kühlschmierstoff zwei („D") in Seitenansicht. Das Volumenverhältnis Kühlschmierstoff eins zu Kühlschmierstoff zwei beträgt in diesem Beispiel etwa 1 : 10 bis 1 : 20. Wie in der zugehörigen Aufsichtszeichnung (Abb. 2) dargestellt, liegt die durch ein Schwimmersystem getragene Entnahmeeinrichtung (Skimmer- System „C") für den Kühlschmierstoff eins nahe dem Rand des Vorratsbehälters und ist durch ein Plattensystem („H"), das sich zum Rand des Vorratsbehälters öffnet, gegen das Hauptvolumen der Kühlschmierstoffe abgeschirmt. Dieses Plattensystem dient als Beruhigungszone und verhindert oder vermindert zumindest ein mögliches Durchmischen von Kühlschmierstoff eins und Kühlschmierstoff zwei infolge von Turbulenzen. Der vergrößerte Ausschnitt „J" zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Phase „B" des Kühlschmierstoffs zwei. Durch Punktierung und Pfeile ist angedeutet, daß die in diesem Falle leichtere Phase des Kühlschmierstoffs eins nach oben aus der Phase des Kühlschmierstoffs zwei aufsteigt. Gleichzeitig separieren aus der Metallbearbeitung stammende Feinpigmente nach unten, wo sie sich entweder ablagern oder vorzugsweise über ein Bypass-System „F" entnommen und aus der Wasserphase entfernt werden können (z.B. durch Mikrofilter oder Magnetabscheider).

In einer speziellen Ausführungsform stellt der erste Kühlschmierstoff ein nicht mit Wasser mischbares öl dar, wie es im Stand der Technik beispielsweise als „Schneidöl" oder „Umformöl" bekannt ist. Der erste Kühlschmierstoff kann jedoch auch, wie vorstehend ausgeführt, eine Wasser-in-öl- oder eine Öl-in-Wassr- Emulsion darstellen. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die Phasentrennung in dem Vorratsbehältnis nicht vollständig erfolgt, sondern wenn öl und Wasser miteinander emulgiert werden. Dies kann jedoch über chemischtechnische Produktauswahl auf die konkreten Prozeßbedingungen optimiert werden.

Unabhängig davon, ob der erste Kühlschmierstoff als weitgehend wasserfreies Öl oder als wasserhaltige Emulsion vorliegt, kann das öl ausgewählt sein aus solchen Ölen, wie sie im Stand der Technik für die Anwendung als Kühlschmierstoffe bekannt sind. Beispielsweise kann es sich um paraffinische oder naphthenische Mineralöle handeln. Weiterhin können synthetische oder native Esteröle verwendet werden. Native Esteröle sind Öle pflanzlichen oder tierischen Ursprungs, die wie direkt aus der natürlichen Quelle gewonnen oder nach chemischen Modifizierungsschritten, beispielsweise einer Umesterung, eingesetzt werden können. Weiterhin können nicht in jedem Verhältnis mit Wasser mischbare Acetale oder Ether, vorzugsweise Alkylverbindungen mit 8 bis 20 C- Atomen eingesetzt werden. Generell können Öle verwendet werden, die der Definition genügen, daß sie nicht mit Wasser in jedem Verhältnis mischbare Flüssigkeiten mit einer höheren Viskosität als Wasser darstellen. Diese Öle können zusätzliche Schmieradditive enthalten, wie sie als sogenannte „EP- Additive" bekannt sind. Dies können halogen- oder phosphororganische Verbindungen sein, beispielsweise Halogenparaffine oder Phosphorsäureester. Vorzugsweise setzt man jedoch für allgemeine Zerspanung schwefelhaltige EP- Additive ein, beispielsweise geschwefelte Öle oder organische Polysuifide. Spezielle Beispiele sind Diisononylpentasulfid, Dibenzyldisulfid und Di-t- dodecylpolysulfid. Für das „cubic boric nitride - high speed grinding" („CBN - HSG") verwendet man eher phosphorhaltige EP-Additive.

Der zweite Kühlschmierstoff hat die mehrfache Aufgabe der Kühlung, der Spülung, der Späneabfuhr und des Korrosionsschutzes. Demgemäß ist es bevorzugt, daß der zweite Kühlschmierstoff zumindest Korrosionsinhibitoren enthält.

Als Korrosionsinhibitoren kommen beispielsweise Salze von Carbonsäuren der Formel (I) in Betracht,

R³-COOH (I)

in der R³ für einen aliphatischen, linearen oder verzweigten Kohlen Wasserstoff rest mit 5 bis 23 Kohlenstoffatomen und 0 bzw. 1 bis 5 Doppelbindungen oder eine R -

Ph-COCH=CH-Gruppe, wobei R für einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen und Ph für eine Phenylgruppe steht. Weiterhin kann R³ einen aromatischen Rest darstellen.

Typische Beispiele sind die Fettsäuren Capronsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Isononansäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Palmoleinsäure, Stearinsäure, Isostearinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Petroselinsäure, Linolsäure, Linolensäure, Elaeostearinsäure, Arachinsäure, Gadoleinsäure, Arachidonsäure, Behensäure, Erucasäure und Clupanodonsäure sowie deren technische Gemische, wie sie beispielsweise bei der Druckspaltung von natürlichen Fetten und Ölen anfallen. Vorzugsweise werden Carbonsäuren der Formel (I) eingesetzt, in der R³ für Alkylreste mit 5 bis 17 Kohlenstoffatomen steht. Beispiele für substituierte Carbonsäuren sind in der Gruppe der Alkylbenzoylacrylsäuren enthalten. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von 3-(p- Dodecylbenzoyl)acrylsäure.

Die genannten Säuren können insbesondere als Alkali-, Erdalkali-, Ammonium-, Alkylammonium- und/oder Zinksalze ein- gesetzt werden.

Als weitere Gruppe von Korrosionsinhibitoren kommen anionische Tenside vom Typ der Petrolsulfonate in Betracht. Hierbei handelt es sich um Sulfoxidationsprodukte von Paraffinfraktionen mit durchschnittlich 6 bis 30, insbesondere 10 bis 20 Kohlenstoffatomen. Die Petrolsulfonate können auch als sekundäre Alkansulfonate aufgefaßt werden, wobei als Gegenionen Alkali- oder Erdalkalimetalle, Ammonium oder Alkylammonium in Betracht kommen. Vorzugsweise werden die Petrolsulfonate in Form ihrer Natrium- oder Calciumsalze eingesetzt.

Als weitere Gruppe von Korrosionsinhibitoren kommen Sulfonierungsprodukte ungesättigter Fettsäureglyceridester der Formel (II), sogenannte "Sulfotriglyceride" oder "Sulfoils" in Betracht,

CH₂O-COR⁵

CH-O-COR⁶ (II)

I

CH₂O-COR⁷

in der R⁵CO für einen ungesättigten Acylrest mit 16 bis 24 Kohlenstoffatomen und

1 bis 5 Doppelbindungen und R⁶CO und R' CO unabhängig voneinander für Acylreste mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen und 0 oder 1 bis 5 Doppelbindungen steht. Sulfotriglyceride stellen bekannte Stoffe dar, die beispiels- weise durch Anlagerung von Schwefeltrioxid oder Chlorsulfonsäure an ungesättigte Triglyceride, insbesondere Rapsöl oder Sonnenblumenöl erhalten werden können. Im Sinne der erfindungsgemäßen Mittel wird vorzugsweise sulfoniertes Rapsöl in Form des Natrium-, Calcium-, Ammonium- oder Alkylammoniumsalzes eingesetzt.

Als Korrosionsinhibitoren kommen desweiteren auch - einzeln oder in Kombination - Alkanolamine und ihre Salze, insbesondere Carbonsäuresalze, Sulfonate, organische Borverbindungen, insbesondere Borsäureester, Fettsäureamide, Aminodicarbonsäuren, Dimerfettsäuren, Phosphorsäureester, Thiophensäure- ester, Dialkyldithiophosphate, Mono- und Dialkylarylsulfonate, Benzotriazole und Polyisobutenbensteinsäurederivate, die teilweise auch emulgierende Eigenschaften aufweisen, in Betracht.

Stellt der zweite Kühlschmierstoff eine öl-in-Wasser-Emulsion dar, kann er als ölphase solche öle enthalten, die auch für den ersten Kühlschmierstoff verwendet werden können. In diesem Fall enthält der zweite Kühlschmierstoff Emulgatoren, die die gewünschte Menge öl in Dispersion halten. Durch die Wahl von Art und Menge der Emulgatoren kann die Phasentrennung zwischen erstem und zweitem Kühlschmierstoff gesteuert werden.

Als Emulgatoren kommen Anlagerungsprodukte von Ethylen- und/ oder Propylenoxid an Verbindungen mit aciden Wasserstoffatomen oder Fettsäureester in Betracht. Hierunter sind beispielsweise Alkoxylierungsprodukte von Fettalkoholen, Alkylphenolen, Fettsäuren, Fettaminen, Fettsäuremethylestern und Sorbitanestern zu verstehen, die nach den bekannten Verfahren des Stands der Technik erhalten werden können.

Typische Beispiele sind Anlagerungsprodukte von durchschnittlich 1 bis 20, vorzugsweise 2 bis 10 Mol Ethylenoxid und 0 oder 1 bis 5 Mol Propylenoxid an Fettalkohole mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen, Alkylphenole mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen im Alkylrest sowie Fettsäuren, Fettamine und Fettsäureester mit jeweils 6 bis 22 Kohlenstoffatomen im Fettrest. Besonders bevorzugt sind

Anlagerungsprodukte von 2 bis 10 Mol Ethylenoxid an Lauryl- oder C -12/1_,4-

Kokosfettalkohol (konventionelle oder eingeengte Homologenverteilung), an Octylphenol, Laurin- oder

Laurylamin, Kokosfettsäuremethylester und/oder Sorbitanmonolaurat.

Neben den genannten nichtionischen Emulgatoren kommen auch anionische Tenside wie beispielsweise Seifen, Sulfonate und Alkylphosphate in Betracht. Typische Beispiele für diese Gruppe von Verbindungen stellen Alkaliseifen von Fettsäuren, Naphthenseifen, Alkylarylsulfonate, Alkansulfonate,

Alkylbenzolsulfonate, Alkylsulfate und Alkylethersulfate dar.

Für den Ansatz der Kühlschmierstoffemulsion in sehr weichem Wasser eignet sich als Emulgatorsystem insbesondere die folgende Kombination: a) Ethoxylate/Propoxylate von Fettalkoholen mit 8 bis 18 C-Atomen im Alkohol mit 2 bis 6 Ethylenoxideinheiten und 4 bis 8 Propylenoxideinheiten und b) Fettalkoholen und/oder Fettalkoholpropoxylaten mit 12 bis 24 C-Atomen im Alkohol und 0 bis 3 Propylenoxideinheiten und/oder Destillationsrückstand dieser Fettalkohole im Gewichtsverhältnis a : b = 1 : 0,3 bis 0,3 : 1.

Dieses Emulgatorsystem ist in der DE-A-197 03 083 näher beschrieben.

Stellt der zweite Kühlschmierstoff eine ÖI-in-Wasser-Emulsion dar, kann es erforderlich sein, diese gegen eine biologische Verkeimung zu stabilisieren, die zu einer Geruchsbelästigung führen und auch gesundheitsschädlich sein kann. Eine biologische Kontamination kann auch die Viskosität des Kühlschmierstoffs ungünstig beeinflussen. Daher kann es erforderlich sein, den zweiten Kühlschmierstoff entweder mit Bioziden zu versetzen oder ihn einer sonstigen keimtötenden Behandlung, beispielsweise einer Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung oder Lufteinblasung bei anaerobem Befall, zu unterziehen. Als zweiter Kühlschmierstoff können Kühlschmierstoffemulsionen verwendet werden, wie sie derzeit im Stand der Technik üblich sind. Diese sind unter dem Oberbegriff „wassergemischte Kühlschmierstoffe" bekannt. Der zweite Kühlschmierstoff kann jedoch auch eine weitgehend ölfreie Wasserphase darstellen. Solche ölfreien Kühlschmierstoffe sind als Schleiflösungen bekannt. Ihre Wirkung liegt vor allem in der Kühlung, Spülung und im Korrosionsschutz. Daher enthalten sie einen oder mehrere Korrosionsinhibitoren, wie sie vorstehend beispielhaft aufgezählt wurden. Als schwach schmierende Komponente können Schleifwässer Polyglykole enthalten.

Eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man den ersten und den zweiten Kühlschmierstoff über mindestens zwei getrennte Düsen auf das Werkstück aufbringt. Dabei ist in der Regel eine Düse für den ersten Kühlschmierstoff ausreichend, während der zweite Kühlschmierstoff aus einer oder mehreren Düsen auf das Werkstück ausströmen kann. Vorzugsweise geht man jedoch so vor, daß man den ersten und den zweiten Kühlschmierstoff über eine Zweistoffdüse als zweikomponentigen Sprühstrahl so auf das Werkstück aufbringt, daß der Strahl des ersten Kühlschmierstoffs von dem Strahl des zweiten Kühlschmierstoffs konzentrisch umhüllt ist. Der Strahl des ersten Kühlschmierstoffs wird dann unmittelbar auf die Tribozone, beispielsweise die Schneide eines Bohrers oder eines Drehstahls, gerichtet. Dann ist automatisch die Bedingung erfüllt, daß der zweite Kühlschmierstoff unmittelbar neben dem ersten Kühlschmierstoff auf das Werkstück aufgebracht wird. Man führt also durch zwei getrennte Zuleitungen ersten und zweiten Kühlschmierstoff jeweils einer Düse zu, wobei die Düse für den zweiten Kühlschmierstoff diejenige für den ersten konzentrisch umgibt. Dies heißt, daß die Zweistoffdüse einen äußeren Düsenraum und einen inneren Düsenraum aufweist, wobei der äußere Düsenraum den inneren Düsenraum konzentrisch umgibt und wobei der erste Kühlschmierstoff durch den inneren Düsenraum, der zweite Kühlschmierstoff durch den äußeren Düsenraum in die Tribozone bzw. auf das Werkzeug aufgebracht wird. Eine beispielhafte Ausführungsform einer solchen Zweistoffdüse ist in der Abbildung 3 gezeigt. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist der Düsenraum der äußeren Düse von demjenigen der inneren Düse durch einen Strömungskörper, beispielsweise einen sogenannten Prandtl-Tropfen getrennt. Dieser Strömungskörper sorgt für eine weitgehend laminare Strömung des zweiten Kühlschmierstoffs, so daß dieser sich nach dem Austritt aus der Düse praktisch nicht mit dem ersten Kühlschmierstoff verwirbelt. Eine Zweistoffdüse hat den Vorteil, daß sie besonders genau dem Werkzeug nachgeführt werden kann. Hierdurch kann gewährleistet werden, daß die beiden Kühlschmierstoffe so auf das Werkstück auftreffen, daß optimale Schmierung und optimale Kühlung/Späneabfuhr gewährleistet sind. Außerdem kann diese Zweistoffdüse über Zuführdruck und Zuführvolumen sowie der Einstellung der verstellbaren Düsen-Austritt-Geometrie optimal auf den Triboprozeß abgestimmt werden.

Bei Verwendung einer Zweistoffdüse fördert man den ersten Kühlschmierstoff vorzugsweise mit einem höheren Druck durch die Düse als den zweiten Kühlschmierstoff. Beispielsweise kann der erste Kühlschmierstoff mit einem Druck von >5 bar, beispielsweise bis etwa 30 bar durch die Düse gedrückt werden. Für den zweiten Kühlschmierstoff wählt man vorzugsweise einen Druck im Bereich von etwa 1 bis etwa 5 bar.

Die Zweistoffdüse ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß ihre beiden Düsenöffnungen unabhängig voneinander parallel zur Längsachse der Düse um die Strecken ± dsi bzw. ± ds₂ verschoben werden können. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Gewindes erfolgen. Dies hat den Vorteil, daß die Geometrie der beiden Sprühstrahlen je nach Düsenposition an die Geometrie des Werkzeugs angepaßt werden kann. Es ist also nicht erforderlich, bei einem Werkzeugwechsel eine andere Zweistoffdüse vorzusehen, deren Geometrie auf das Werkzeug optimiert ist. Vielmehr kann die Anpassung durch Verschieben der beiden Düsenöffnungen parallel zur Düsenachse erfolgen, wobei der jeweilige Strahl im Synergismus mit den Variablen Druck und Volumenstrom pro Zeiteinheit optimiert werden kann.

Bei der Verwendung der Zweistoffdüse wird also der vorzugsweise unter höherem Druck austretende innere Strahl aus Öl oder ölreicher Emulsion von einem Mantel des zweiten Kühlschmierstoffs umgeben, der vorzugsweise in geringerem Druck aus der Düse austritt als der erste Kühlschmierstoff. Hierdurch wird eine Feinzerstäubung des ersten Kühlschmierstoffs am Düsenaustritt verhindert. Hierdurch können sich nicht die arbeitshygienisch kritischen und explosionsgefärdeten Aerosole des Schneid- bzw. Umformöls bilden, die bei alleiniger Verwendung eines solchen Öls zu den eingangs genannten Problemen führen. Vielmehr werden evtl. entstehende Aerosoltröpfen, die eine Tröpfchengröße unterhalb 1,5 μm aufweisen können, direkt in dem umgebenden Mantel aus Kühlschmierstoff zwei gebunden und abgeführt.

Die Verwendung der Zweistoffdüse ist dann besonders vorteilhaft, wenn das Werkzeug nur oberflächlich in das Werkstück eingreift. Bei tiefer eingreifenden Bearbeitungsvorgängen wie beispielsweise dem Tiefbohren oder auch bei Feinarbeiten wie Reiben, im besonderen beim Ein- und Zweischneidreibahlen ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzuziehen. Bei solchen Arbeitsschritten sieht man vorzugsweise vor, daß man den ersten Kühlschmierstoff über einen oder mehrere Kanäle im Werkzeug, beispielsweise im Preßstempel oder im Bohrer, der Tribozone zuführt, während man den zweiten Kühlschmierstoff außerhalb des Werkzeugs, also in der Peripherie, auf das Werkstück aufbringt. Dies geschieht vorzugsweise als Schwall-Zuführung. Hierdurch ist gewährleistet, daß auch bei tief in das Werkstück eingreifenden Werkzeugen in der Tribozone eine besonders gute Schmierwirkung erzielt wird. Kühlung, Bindung des Feinabriebs und Späneabfuhr erfolgen neben der Stelle der Spanerzeugung, jedoch in deren unmittelbarer Nähe (Peripherie von Werkzeug und Werkstück). In diesem Falle fördert man den ersten Kühlschmierstoff vorzugsweise mit einem Druck im Bereich von etwa 50 bis etwa 90 bar, insbesondere von etwa 70 bis etwa 90 bar durch das Werkzeug. Für den zweiten Kühlschmierstoff ist es ausreichend, ihn mit einem Druck von etwa 1 bis etwa 5 bar zu fördern.

Unabhängig von der gewählten Ausführungsform geht man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so vor, daß pro Zeiteinheit mehr zweiter Kühlschmierstoff als erster Kühlschmierstoff auf das Werkzeug aufgebracht wird. Beispielsweise kann das pro Zeiteinheit auf das Werkstück aufgebrachte Mengenverhältnis zwischen erstem und zweitem Kühlschmierstoff im Bereich von etwa 1 : 5 bis etwa 1 : 30, vorzugsweise 1 : 10 bis 1 : 20 liegen. Dies ergibt sich aus der Aufgabenstellung, wonach der erste Kühlschmierstoff schwerpunktmäßig die Aufgabe der Schmierung übernimmt. Hierfür ist ein geringerer Volumenstrom pro Zeiteinheit ausreichend als für den zweiten Kühlschmierstoff, der sowohl die entstehende Wärme als auch die gebildeten Späne bzw. den Abrieb abführen muß. Für die meisten technischen Bearbeitungsschritte ist es ausreichend, wenn der Volumenstrom Vi des ersten Kühlschmierstoffs zwischen etwa 1 und etwa 10 I/Minute, vorzugsweise zwischen etwa 5 und etwa 20 I/Minute liegt. Der Volumenstrom V₂ des zweiten Kühlschmierstoffs ist dann entsprechend anzupassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß mit einer Kühlschmierstoffkombination gearbeitet wird, die sowohl hinsichtlich Schmierwirkung als auch hinsichtlich Wärmeabfuhr, Spanabfuhr und Korrosionsschutz getrennt optimiert sein kann. Die kombinierten Aufgaben der Kühlung und der Schmierung können hiermit besser gelöst werden als mit herkömmlichen Kühlschmierstoffemulsionen, die einen Kompromiß hinsichtlich Schmier- und Kühlwirkung darstellen. Im Vergleich zu reinen Schneidölen ist die erfindungsgemäß vorzusehende Kombination zweier Kühlschmierstoffe preiswerter und einfacher zu handhaben. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Vorteile des Einsatzes reiner Schneid- bzw. Umformöle oder ölreicher Emulsionen für die eigentliche Schmieraufgabe in der Tribozone, ohne die einleitend geschilderten Nachteile der Verwendung von solchen Ölen als einzigen Kühlschmierstoff aufzuweisen. Durch den umgebenden Wasserstrahl wird eine Verwirbelung des Öls beim Düsenaustritt verrmieden. Hierdurch verringert sich die Gefahr einer Aerosolbildung und deren unerwünschten Konsequenzen (Verpuffungsgefahr, Explosionsgefahr). Weiterhin werden die arbeitshygienischen Nachteile einer Aerosolbildung vermieden.

Die von der Bearbeitungsmaschine zurücklaufende Mischung aus erstem und zweitem Kühlschmierstoff kann aufgrund des geringen Ölanteils leichter von Feststoffen (Spänen, Metallabrieb) befreit werden, als es ein reines Öl könnte. Insbesondere Schleifschlämme sind aus der ölarmen Mischung leichter zu entfernen als aus einer viskosen ölphase. Neben oder anstelle dieser Grobfiltration im Rücklauf kann die Entfernung von Feinabrieb wie beispielsweise Schleifschlamm aus der Phase des Kühlschmierstoffs zwei heraus im Vorratsbehälter erfolgen. Hierbei wird ein Teil des Kühlschmierstoffs zwei über eine Bypass-Leitung („F" in Abbildung 1) dem Vorratsbehälter entnommen und über eine Abscheidevorrichtung, beispielsweise einen Feinfilter oder einen Magnetabscheider geführt. Man macht sich so den Vorteil zu Nutze, daß Feinabrieb aus einer Wasserphase leichter zu entfernen ist als aus einer ölphase.

Durch angepaßte Wahl des ersten und des zweiten Kühlschmierstoffs kann das Kühlschmierstoffsystem sowohl der Art des Bearbeitungsschrittes als auch dem Material des Werkstücks angepaßt werden. Beispielsweise kann man vorsehen, daß der zweite Kühlschmierstoff spezielle Korrosinsinhibitoren für Leichtmetalle oder für Buntmetalle enthält. Generell können sowohl als erster Kühlschmierstoff als auch als zweiter Kühlschmierstoff Kühlschmierstoffe eingesetzt werden, die im Handel erhältlich sind und der vorstehenden Beschreibung genügen. Eine spezielle Anpassung der Kühlschmierstoffe an das erfindungsgemäße Arbeitsverfahren ist nicht erforderlich.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, umfassend a) ein erstes Behältnis und b) ein zweites Behältnis, c) eine Leitung zur Rückführung der gebrauchten Mischung von erstem und zweitem Kühlschmierstoff in das erste Behältnis, d) eine Entnahmeleitung im ersten Behältnis zur Entnahme von abgeschiedener Phase des zweiten Kühlschmierstoffs, e) eine Überführungsleitung zum Überführen von abgeschiedener Phase des ersten Kühlsschmierstoffs in das zweite Behältnis, f) eine Entnahmeleitung im zweiten Behältnis zur Entnahme von abgeschiedener Phase des ersten Kühlschmierstoffs und g) eine Rückführungsleitung zur Rückführung von im zweiten Behältnis abgeschiedener Phase des zweiten Kühlschmierstoffs in das erste Behältnis. Dabei dient die Leitung c) der Rückführung der gebrauchten Mischung von erstem und zweitem Kühlschmierstoff von den Einrichtungen zur Metallbearbeitung bzw.

Metallumformung in das erste Behältnis. Dabei kann bereits in dieser Leitung eine

Phasentrennung zwischen erstem und zweitem Kühlschmierstoff beginnen, die sich im ersten Behältnis a) fortsetzt. Die Entnahmeleitung d) im ersten Behältnis zur Entnahme von abgeschiedener Phase des zweiten Kühlschmierstoffs beginnt im ersten Behältnis sinnvollerweise an einer Stelle, an der möglichst wenig

Turbulenz herrscht und an der sich die Phase des zweiten Kühlschmierstoffs zumindest weitgehend von der Phase des ersten Kühlschmierstoffs abgetrennt hat. Durch diese Entnahmeleitung d) wird der zweite Kühlschmierstoff den

Einrichtungen zur Metallbearbeitung bzw. -Umformung zugeführt. Die

Überführungsleitung e) zum Überführen von abgeschiedener Phase des ersten

Kühlschmierstoffs in das zweite Behältnis beginnt im ersten Behältnis sinnvollerweise an einer Stelle, an der möglichst wenig Turbulenz herrscht und an der sich die Phase des ersten Kühlschmierstoffs bereits weitgehend von der

Phase des zweiten Kühlschmierstoffs abgetrennt hat. In der Praxis kann die

Phase des ersten Kühlschmierstoffs jedoch noch einemulgierte Anteile an zweitem

Kühlschmierstoff enthalten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das

Volumen des ersten Behältnisses keine ausreichende Verweilzeit der

Kühlschmierstoffe zuläßt, bevor die Kühlschmierstoffe erneut entnommen werden sollen. Die Öffnung dieser Überführungsleitung e) im ersten Behältnis wird vorzugsweise über ein Schwimmersystem so positioniert, daß sie sich stets an oder wenige cm unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche im ersten Behältnis befindet.

Dabei kann die Entnahme des ersten Kühlschmierstoffs aus dem ersten Behältnis und dessen Überführung in das zweite Behältnis beispielsweise mit Hilfe einer

Pumpe erfolgen. Im zweiten Behältnis endet diese Überführungsleitung e) vorzugsweise an einer solchen Stelle, daß die sich im zweiten Behältnis abscheidende Phase des zweiten Kühlschmierstoffs möglichst wenig mit dem ersten Kühlschmierstoff verwirbelt wird. In dem zweiten Behältnis setzt sich die

Phasentrennung zwischen erstem und zweitem Kühlschmierstoff fort. Der an eingemischtem zweiten Kühlschmierstoff verarmte erste Kühlschmierstoff wird durch die Entnahmeleitung f) dem zweiten Behältnis entnommen und den

Einrichtungen zur Metallbearbeitung bzw. -Umformung zugeführt. Die sich im zweiten Behältnis abscheidende Phase des zweiten Kühlschmierstoffs wird durch die Rückführungsleitung g) in das erste Behältnis überführt. Da der zweite Kühlschmierstoff üblicherweise eine höhere Dichte hat als der erste Kühlschmierstoff, scheidet er sich am Boden des zweiten Behältnisses ab. Hier beginnt vorzugsweise die Überführungsleitung g). Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn der Boden des zweiten Behältnisses nicht eben bzw. nicht waagerecht ist, sondern eine tiefste Stelle aufweist, an der die Rückführungsleitung g) beginnt. Im ersten Behältnis endet die Rückführungsleitung g) vorzugsweise an einer Stelle, die unterhalb der sich im ersten Behältnis ausbildenden Grenzschicht zwischen erstem und zweitem Kühlschmierstoff liegt.

Im ersten Behältnis sammeln sich feste Verunreinigungen wie beispielsweise Späne, Metallabrieb und Schleifschlamm zumindest weitgehend in der sich abscheidenden Phase des zweiten Kühlschmierstoffs an. Zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Entfernen dieser festen Verunreinigungen aus dem zweiten Kühlschmierstoff weist das erste Behältnis vorzugsweise zusätzlich folgende Vorrichtungen auf: h) eine Umwälzleitung zur Entnahme von abgeschiedener Phase des zweiten Kühlsschmierstoffs aus dem ersten Behältnis, i) eine Trenneinrichtung zum Abtrennen fester Stoffe aus einer Flüssigkeit, der über die Umwälzleitung h) abgeschiedene Phase des zweiten Kühlsschmierstoffs zugeführt wird, und ein Mittel zur Rückführung der von festen Stoffen abgetrennten Phase des zweiten Kühlsschmierstoffs aus der Trenneinrichtung i) in das erste Behältnis.

Man führt also vorzugsweise einen Anteil der Phase des zweiten Kühlschmierstoffs einer Trenneinrichtung zum Abscheiden der festen Verunreinigungen zu und den an festen Verunreinigungen verarmte zweite Kühlschmierstoff wieder in das erste Behältnis zurück. Dabei geschieht die Entnahme des zweiten Kühlschmierstoffs aus dem ersten Behältnis vorzugsweise über eine Pumpe, die Rückführung von der Trenneinrichtung vorzugsweise durch Schwerkraft. Geeignete Trenneinrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. In Frage kommen beispielsweise Magnetabscheider, Siebe, Feinfilter oder Zentrifugen. Dabei können auch mehrere solche Trenneinrichtungen miteinander kombiniert werden. Beim Einsatz einer Zentrifuge als Trenneinrichtung wählt man vorzugsweise eine 3-Phasen-Zentrifuge, die aus dem zweiten Kühlschmierstoff nicht nur die festen Verunreinigungen, sondern auch noch einemulgierte Anteile an erstem Kühlschmierstoff als zweite Flüssigphase abtrennt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ordnet man die beiden Behältnisse derart an, daß der Boden des zweiten Behältnisses höher liegt als der Boden des ersten

Behältnisses und daß die Rückführungsleitung g) am Boden des zweiten

Behältnisses beginnt und so im ersten Behältnis endet, daß das Ende der

Rückführungsleitung g) im ersten Behältnis tiefer liegt als ihr Beginn am Boden des zweiten Behältnisses. Eine besonders platzsparende Ausführungsform besteht darin, daß man das zweite Behältnis genau oder zumindest weitgehend über dem ersten Behältnis anordnet. Durch die höhenversetzte Anordnung von erstem und zweitem Behältnis wird es möglich, die sich im zweiten Behältnis abscheidende Phase des zweiten Kühlschmierstoffs aufgrund der Schwerkraft in das erste Behältnis zurückzuführen. In diesem Falle ist also hierfür keine Pumpe erforderlich. Vielmehr genügt es, die Rückführungsleitung g) mit einem Ventil, vorzugsweise einem Magnetventil, auszustatten, über das der Rückfluß von zweitem Kühlschmierstoff in das erste Behältnis gesteuert werden kann. Zu diesem Zweck sieht man im zweiten Behältnis vorzugsweise eine Niveauregelung, beispielsweise einen Schwimmerschalter vor, der beim Erreichen einer vorzugebenden Höhe des Flüssigkeitsspiegels im zweiten Behältnis das Ventil in der Rückführungsleitung g) öffnet und hierdurch die Rückführung von zweitem

Kühlschmierstoff vom zweiten in das erste Behältnis startet. Das Schließen dieses

Ventils kann ebenfalls über den genannten Schwimmerschalter erfolgen, wenn der

Flüssigkeitsspiegel eine vorzugebende Untergrenze erreicht hat. Alternativ hierzu kann das Ventil nach einer vorzugebenden Zeit oder nach Durchfluß einer vorzugebenden Flüssigkeitsmenge, die über einen Durchflußmesser kontrolliert werden kann, wieder geschlossenen werden.

Durch die beschriebene Verwendung von zwei Behältnissen wird die Phasentrennung zwischen erstem und zweiten Kühlschmierstoff verbessert. Abbildungsunterschriften

Abb. 1 (Fig. 1)

Gemeinsamer Vorratsbehälter für ersten („A") und zweiten („B") Kühlschmierstoff. Im gewählten Beispiel ist der erste Kühlschmierstoff spezifisch leichter als der zweite Kühlschmierstoff.

Abb. 2 (Fig. 2)

Aufsichtszeichnung zu Abb. 1. Veranschaulicht die Strömung des ersten

Kühlschmierstoffs um die Schutzbleche „H" zum Entnahmesystem „C".

Abb. 3 (Fig. 3)

Mögliche Ausführungsform einer Zweistoffdüse zur gleichzeitigen Application von erstem und zweitem Kühlschmierstoff.

Bezugszeichenliste

„A" = erster Kühlschmierstoff, z. B. Schleiföl, Schneid- bzw. Umformöl, Universal- öl oder hochkonzentrierte EP-Emulsion, bevorzugt auf nativer Basis

„B" = zweiter Kühlschmierstoff, z. B. Passivierungslösung, Schleiflösung oder niederkonzentrierte Emulsion

„C" = Skimmer-System als Entnahmesystem für ersten Kühlschmierstoff

„D" = Entnahmesystem für zweiten Kühlschmierstoff

„E" = Rücklaufsystem der Mischung von erstem und zweitem Kühlschmierstoff nach Gebrauch im Bearbeitungsprozeß zum Filtersystem „I"

„F" = Bypass-System (V₂) zur Feinfiltrierung der Feinstpigmente (z. B. Mikrofilter oder Magnetabscheider) aus dem zweiten Kühlschmierstoff des Sammelbehälters im Teilstrom

„G" = Direktabscheidung Grobschmutz aus dem Gesamtstrom (Filtersystem I)

„H" = Separationssystem für die effiziente Ausrichtung einer reinen und beruhigten Flotatphase (erster Kühlschmierstoff). Elimination der Turbulenzen im System. Schutzvorrichtung gegen schwebende Feinstpigmente.

„I" = Gesamtstrom-Filtersystem (z. B. Schwerkraft-Vakuum-Über- oder -Unterdruckbandfilter; Anschwemmfilter, Beutelfilter usw.) zur Grobfiltrierung der Gesamtmenge von rückgeführtem ersten und zweiten Kühlschmierstoff

„J" = Mikrofenster zur schematischen Darstellung der Schwerkraftseparation in der Wasserphase

(a = flotierende, feindispergierte Öltröpfchen b = sedimentierende Feinstpigmente)

Vι - Volumenanteil erster Kühlschmierstoff

V₂ = Volumenanteil zweiter Kühlschmierstoff

Vι_,2 = Volumenströme von erstem und zweitem Kühlschmierstoff (Volumen pro Zeiteinheit)

„S" = Eingriff für Steckschlüssel zum Verschieben der Düse längs eines Gewindes

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur spanabhebenden oder spanlosen Umformung von Metallen unter Verwendung von zwei Kühlschmierstoffen, wobei man als ersten Kühlschmierstoff ein Öl oder eine erste Emulsion mit einem Olgehalt von mindestens 10 Gew-% an der Tribozone und gleichzeitig als zweiten Kühlschmierstoff einen ölfreien Kühlschmierstoff oder eine zweite Emulsion, die eine ÖI-in-Wasser-Emulsion mit einem Olgehalt von weniger als 10 Gew.-% darstellt, neben der Tribozone auf das Werkstück aufbringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die vom Werkstück ablaufenden Kühlschmierstoffe zusammen in einem ersten Behältnis aufgefangen werden, wobei eine Phasentrennung zwischen erstem und zweitem Kühlschmierstoff stattfindet und sich eine ölreiche Phase des ersten Kühlschmierstoffs und eine wasserreiche Phase des zweiten Kühlsschmierstoffs abscheiden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Behältnis vorgesehen wird, wobei die im ersten Behältnis abgeschiedene Phase des ersten Kühlschmierstoffs aus dem ersten Behältnis in das zweite Behältnis überführt wird und im zweiten Behältnis eine weitere Phasentrennung zwischen erstem und zweitem Kühlsschmierstoff stattfindet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im zweiten Behältnis abgeschiedene Phase des zweiten Kühlsschmierstoffs in das erste Behältnis zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des zweiten Behältnisses höher liegt als der Boden des ersten Behältnisses und daß die Rückführung der im zweiten Behältnis abgeschiedene Phase des zweiten Kühlsschmierstoffs in das erste Behältnis mittels Schwerkraft erfolgt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Füllstand im zweiten Behältnis eine vorgegebene Höhe unterschreitet, frischer erster und zweiter Kühlschmierstoff getrennt oder zusammen in das erste Behältnis zugegeben werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß feste Verunreinigungen aus der abgeschiedenen Phase des zweiten Kühlschmierstoffs im ersten Behältnis entfernt werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Phasentrennung der erste und der zweite Kühlschmierstoff erneut gemäß Anspruch 1 aufgebracht werden, wobei bei Verwendung von zwei Behältnissen gemäß Anspruch 3 der erste Kühlschmierstoff dem zweiten Behältnis und der zweite Kühlsschmierstoff dem ersten Behältnis entnommen werden.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kühlschmierstoff ein nicht mit Wasser mischbares Öl darstellt.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kühlschmierstoff eine Wasser-in-ÖI- oder eine ÖI-in-Wasser-Emulsion mit einem Olgehalt von mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 20 Gew.-% darstellt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl ausgewählt ist aus paraffinischen oder naphthenischen Minaralölen, aus Esterölen synthetischen, pflanzlichen oder tierischen Ursprungs, sowie aus nicht mit Wasser mischbaren Acetalen oder Ethern.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kühlschmierstoff Korrosionsinhibitoren enthält.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten und den zweiten Külschmierstoff über mindestens zwei getrennte Düsen auf das Werkstück aufbringt.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten und den zweiten Kühlschmierstoff über eine Zweistoffdüse als zweikomponentigen Sprühstrahl so auf das Werkstück aufbringt, daß der Strahl des ersten Kühlschmierstoffs von dem Strahl des zweiten Kühlschmierstoffs umhüllt ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweistoffdüse einen äußeren Düsenraum und einen inneren Düsenraum aufweist, wobei der äußere Düsenraum den inneren Düsenraum konzentrisch umgibt und wobei der erste Kühlschmierstoff durch den inneren Düsenraum, der zweite Kühlschmierstoff durch den äußeren Düsenraum auf das Werksstück aufgebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kühlschmierstoff mit einem höheren Druck als der zweite Kühlschmierstoff durch die Zweistoffdüse gefördert wird.

17. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Düsenöffnungen der Zweistoffdüse unabhängig voneinander parallel zur Längsachse der Düse verschoben werden können.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten Külschmierstoff über einen oder mehrere Kanäle im Werkzeug, den zweiten Kühlschmierstoff außerhalb des Werkzeugs auf das Werkstück aufbringt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kühlschmierstoff mit einem Druck im Bereich von 50 bis 90 bar, der zweite Kühlschmierstoff mit einem Druck von 1 bis 5 bar gefördert werden.

20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zeiteinheit mehr zweiter Kühlschmierstoff als erster Kühlschmierstoff auf das Werkstück aufgebracht wird.

21. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, umfassend a) ein erstes Behältnis und b) ein zweites Behältnis, c) eine Leitung zur Rückführung der gebrauchten Mischung von erstem und zweitem Kühlschmierstoff in das erste Behältnis, d) eine Entnahmeleitung im ersten Behältnis zur Entnahme von abgeschiedener Phase des zweiten Kühlschmierstoffs, e) eine Überführungsleitung zum Überführen von abgeschiedener Phase des ersten Kühlsschmierstoffs in das zweite Behältnis, f) eine Entnahmeleitung im zweiten Behältnis zur Entnahme von abgeschiedener Phase des ersten Kühlschmierstoffs und g) eine Rückführungsleitung zur Rückführung von im zweiten Behältnis abgeschiedener Phase des zweiten Kühlschmierstoffs in das erste Behältnis.

22. Einrichtung nach Anspruch 21 , zusätzlich umfassend h) eine Umwälzleitung zur Entnahme von abgeschiedener Phase des zweiten Kühlsschmierstoffs aus dem ersten Behältnis, i) eine Trenneinrichtung zum Abtrennen fester Stoffe aus einer Flüssigkeit, der über die Umwälzieitung h) abgeschiedene Phase des zweiten Kühlsschmierstoffs zugeführt wird, und ein Mittel zur Rückführung der von festen Stoffen abgetrennten Phase des zweiten Kühlsschmierstoffs aus der Trenneinrichtung i) in das erste Behältnis.

23. Einrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des zweiten Behältnisses höher liegt als der Boden des ersten Behältnisses und daß die Rückführungsleitung g) am Boden des zweiten Behältnisses beginnt und so im ersten Behältnis endet, daß das Ende der Rückführungsleitung g) im ersten Behältnis tiefer liegt als ihr Beginn am Boden des zweiten Behältnisses.