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DE1594452A1 - Kuehlmittel fuer Metallbearbeitungsvorgaenge - Google Patents

Kuehlmittel fuer Metallbearbeitungsvorgaenge

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Publication number
DE1594452A1
DE1594452A1 DE19641594452 DE1594452A DE1594452A1 DE 1594452 A1 DE1594452 A1 DE 1594452A1 DE 19641594452 DE19641594452 DE 19641594452 DE 1594452 A DE1594452 A DE 1594452A DE 1594452 A1 DE1594452 A1 DE 1594452A1
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DE
Germany
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triethanolamine
water
benzotriazole
naoh
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Pending
Application number
DE19641594452
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English (en)
Inventor
Heiman Donald Kenneth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HEIMAN DONALD KENNETH
Original Assignee
HEIMAN DONALD KENNETH
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Filing date
Publication date
Application filed by HEIMAN DONALD KENNETH filed Critical HEIMAN DONALD KENNETH
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Pending legal-status Critical Current

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Description

Dipl.-lng. R. H. Bahl 4& Hörne, oen
Dipl..Phys. E. Betzler " ~^ PATENTANWÄLTE Τβ,.χ 08 22, β53
, a 15 576 ./tea
In der Antwort bit!« Donald Kenneth Heiman, 24675 Berrimore Lane, Warrenevill· Heightβ,
Ohio /USA
"Kühlmittel für Metallbearbeitungsvorgänge1·
Die Erfindung betrifft Kühlmittel zur Verwendung hei Metallbearbeitungevorgängen, wie heim Schleifen, Fräsen und Drehen« Der Zweck der hei solchen Metallbearbeitungevorgängen verwendeten Kühlmittel ist in erster Linie der, das Werkzeug und das Werkstück zu kühlen und die Kontaktzone zwischen dem Werk« zeug und dem Werkstück zu schmieren. Sie Entwicklung von Wärme und Reibung, welche zu der Gefahr von Verformungen dee Werkstückes und einem außerordentlich hohen Verschleiß des Werkzeugs führen würde, muß so weit als möglich verhindert werden· Außerdem muß ein solches Kühlmittel die folgenden wesentlichen Eigenschaften in möglichst hohem Qrad· besitzen·
Eb soll für alle und zwar sowohl für Eisen* wie für Nichteisenmetalle und für all· Arten von Schneid·« und Sohleif-
BAD.original'009886/1697
vorgängen verwendbar aein. Be eoll es ermöglichen, bear« beitete Pläohen von ausgeaeiohneter Oberfläoheribeaohaffenheit au erhalten«
Be soll keine Rostbildung, Korrosion oder Verfärbung, eei es der Maschinen, eei es der Werkstüokflächen hervorrufen, keine schädigenden Einwirkungen auf die Maaohine oder die Werkstücke haben und nicht der Gefahr der Harabildung unterliegen, ferner nicht emulgierend auf öl wirken oder öl von den damit geschmierten Seilen der Maschine entfernen, die Maschine sauberhalten und keine schädlichen Rückstände auf dieser oder in deren 71üssigkeltskanälen bilden* ferner eoll es nicht ranzig werden, nicht schäumen und so durchsichtig sein, daß der Arbeiter das Werkstück mit dem Auge kontrollieren kann« Sa soll mx durch einfaches Ausgießen in eine Rinn· der uebrauohsstelle sugeleitet werden können und schließ« lieh nicht su Hautkrankheiten oder anderen gesundheitsohädigenden Wirkungen auf den an der Mae oh in θ Arbeltenden fuhren·
Die Erfindung schafft ein verbesserte« Kühlmittel für die Metallbearbeitung, welches alle vorstehend aufgezeichneten Eigenschaften und Merkmale aufweist und das au angemessenen Preisen hergestellt werden kann. Weitereiferkmale und Torteile der Erfindung werden im Rahmen der vorstehenden Be« Schreibung von vorsugawtisen Zusamensetaungen des neuen
Kühlmittels beschrieben werden·
• 3 -
009886/1697 BAD ORIGINAL
Gegenstand der Erfindung ist grundsätzlich ein Kühlmittel mit diesen verbesserten Eigenschaften) nämlich ein Konzentrat, welches als wesentliche Bestandteile Triäthanolamin, ein Alkalimetallnitrit (vorzugsweise Hatriumnitrit) und ein· kleine Menge von Benzotriaizol oder 4-Hitrobenzotriazol enthält. Torzugsweise wird das im Handelt leicht erhältliche B&otriazol verwendet. Diesem Konzentrat wird ein fit» ohelatbildender Stoff, wie ein solcher auf Aminopolycarboxyloäurebasis,zugesetzt. Solohe ohelatbildenden Stoffe werden durch die Dow Chemical Company hergestellt und unter dem Hamen "Versene" vertrieben· Sie sind auf der Grundlage von XMk Äthylen-diamino-tetraessigsäure aufgebaut« Dae unter dem Hamen "Versene 100" vertriebene Hatriumealz dieser Säure» das in USA mit der abgekürzten formel Na, BEDIA bezeichnet wird, hat sich als besonders geeignet erwiesen* ■
In dem Konzentrat beträgt der Gesamtgehalt an Hatriumnitrit und Triäthanolamin vorzugsweise etwa 40 i*\ er kann jedoch innerhalb des Bereichs von 20 bis 60 i» liegen· Dae Verhältnis von Hatriumnitrit zu Triäthanolamin kann innerhalb weiter Grenzen verschieden sein· Torzugsweise ist anteilemäßig nicht mehr ale das Drei- bis Tierfahce des einen gegenüber dem anderen dieser Bestandteile vorhanden, jedoch sind mit
Hatriumnitrit Torteil auch Konzentrate, die 40 Teile BjuJi auf einen Teil Triäthanolamin und solohe, die 40 Teile Triäthanolamin auf einen Teil Hatriumnitrit enthalten, verwendet worden·
• 4 -
009886/1697 BAD ORIGINAL ,
Ein zu hoher Prozentsatz an Iriäthanolamin führt zu der Bildung eines hygroskopischen Überzuges sowohl auf den Maschinenflachen wie auf den Werkstücken. Sin su hoher Prozentsatz an Natriumnitrit andererseits kann zu einem Auesalzen oder einer Ausfällung des Nitrite in der Maschine führen. · '
Das Konzentrat enthält vorzugsweise etwa 2 i* Benzotriazol» d.h. die anteilige Menge des Benzotriazole beträgt etwa ein Zwanzigstel ( 5 #) der Gesamtmenge des Natriumnitrite und des Sriäthanolamins; auch dieses Verhältnis kann innerhalb des Bereichs der Löslichkeit des Benzotriazole innerhalb erheblicher Grenzen verändert werden. Der Prozentsatz an Benzotriazol kann 0,025 * bis 25 X der Gesamtmenge an Natriumnitrit und Triäthanolamin betragen. Wenn anstelle von Benzotriazol 4 - Nitrobenzotriazol verwendet wird, so liegt der Prozentsatz vorzugsweise in der gleiohen Größenordnung· Auch im Falle der Verwendung einer Mischung von Benzotriazol und 4-Nitrobenbenzotriazol bleibt der Prozentvati vorzugsweise größenordnungsmäßig der gleiohe*
Diese Mischung wird durch Zusatz von Wasser auf 100 ^ aufgefüllt» wodurch eich das an den Verbraucher gelieferte Konzentrat ergibt· Selbstverständlich kann auoh mehr oder weniger Wasser zugesetzt werden, um das Konzentrat herzustellen«
009886/1697 BAD ORfGtNAL
vorausgesetzt, daß die Wassermenge ausreicht, um die anderen Bestandteile in Lösung zu erhalten· Das Konzentrat kann dann» je naoh seinem besonderen Verwendungazweck,aehr weit, zum Beispiel entsprechend einem Seil des Konzentrate auf 5 bis 200 Teil· Wasser in dem verwendeten Kühlmittel verdünnt werden·
Nachstehend wird ein typisches Beispiel eines Kühlmittels von ausgezeichneten Eigenschaften für Schleif· und übliche Fertigungsvorgänge von Metallen wie das fräsen gegeben· Die in . diesem Beispiel angegebenen Prozentsätze sind Gtewiehtsprozen· t·.
Beispiel I Typische Zusammensetzung ■ möglicher Bereich
gatriumnitrit - 28 £ 40 - 5 *
Triäthanolamin_-_ 1Qjf , 5 - 40 ί -' \
•Versene 100" - 1 t -' 0,1 ~ *i Jf
Benzotriazol - 2 i* 0,01 - 10 ^
mit Wasser aufgefüllt auf 100 H 100 £
"Veraene 100" ist «in Vertreter eines Alkalisalzes einer Poly* aminosäure, dae mit gelösten Zonen lösliohe nicht ionisierend· Chelate bildet, in dem besonderen VaIl* das tfatriumealz der ithylen-diaminotetraeeeigiäure.
• 6 -
009 8 8 6/1697 BAD ORIGINAL
Dae Koncentrat wird durch Zusatzes eines Seile desselben auf etwa 5 bis etwa 200 !Teile Wasser je nach seinen Verwendungszweck verdünnt· Sowohl das aus der typisohen Zusammensetzung wie auch der anderen innerhalb dee möglichen anteiligen Bereichs liegenden Zusammensetzungen erzeugter auBgezeichnetesKühl- und Schmiermittel für übliche Fräs- und Schleif vorgänge. Durch die Verwendung dieser Kühlmittel ergibt eioh insbesondere bei der Bearbeitung von Gußeisen, Stahl» Kupfer» Messing und Aluminium eine gute Lebensdauer der Werkzeuge und eine ausgezeichnete Wirkung derselben· Die» neuen Kühlmittel sind durchsieht ig, schäumen nicht und haben weder auf Eisen- nooh auf Nichteisenmetalle naohteilige korrodierende oder verfärbende Wirkungen« Sie enthalten keine Pötte oder öle und werden nioht ranzig« Ihr Sehalt an Nitrit und Iriäthanolamin ergibt einen Korrosionsschutz für die Slsenmetalle· Das Benzo triaizcfl. wirkt korrosIonsschützend für die nioht aus Eisen bestehenden Seile der Maschine und verhindert eine Verfärbung von nioht aus Bisen bestehenden Werkstücken» während das ohelatblldende Agens dl· in dem Kühlmittel enthaltenden Metallionen daran hindert» Ausfällungen zu bilden oder zu gerinnen und damit den frei fließfähigen und nicht klumpenden Zustand des Kühlmittel· aufrechterhält.
Dl· in de» Beispiel I angegeben· Zusammensetzung ist besondere -für «in Kühlmittel tür dl· sohleifende Bearbeitung von
00 9886/1697 BAD ORIGINAL
Metall geeignet, falls tin« Bearbeitungsgüte üblicher Qualität für die Oberflächen erzielt werden soll· Zn dieser Zu«. sammensetzung überwiegt da« Natriumnitrit gegenüber dem Iriäthanolamin.
Eine noch bessere Oberfläohenbesohaffenheit kann bei gewissen Arten von Bearbeitungevorgängen dadurch erzielt werden« daß frggnrggt das Triäthanolamin in der Zusammensetzung gegenüber einer geringeren anteiligen Menge an Natriumnitrit überwiegt« Triäthanolamin ist jedoch mehr als zweimal so teuer wie Natriumnitrit und deshalb dsdt, falls es nicht so sehr auf eine besonders gute Qualität der Qberfläohenbeschaffenheit ankommt, insbesondere, falls das Kühlmittel in erster Linie als solches für übliche Schleifbearbeitungen verwendet wird, das bei der typischen Zusammensetzung gemäß Beispiel I angegebenen anteiligen Verhältnis τοη Natriumnitrit zu Triäthanolamin TÖllig zweckentsprechend» Es ist sogar denkbar, einen noch größeren Anteil an Natriumnitrit zu verwenden· Ferner ist es, wenn es mehr auf Kostenersparnis ale auf die Qualität der Oberfläohenbesohaffenheit ankommt, auch möglich, das Triäthanolamin durch ein Material von geringeren Heinheitegrad, als dieses, z.B. ein bekanntes im Handel* unter der Bezeichnung "Polyamin T" erhältliohes Erzeugnis, das etwa 40-50 i» Triäthanolamin und außerdem Monoäthanolamin und Triäthanolamin sowie kleine Mengen an Verunreinigungen enthält, zu ersetzen.
Diesea Material kann in allen Fällen, in denen die Qualität der bearbeiteten Fläohen weniger wichtig ist, das gesamte oder einen Teil dee Triäthanolamins ersetzen·
FUr gewisse Zwecke kann es erwünscht sein, der Misohung einen kleinen Prozentsatz an Pelargonsäure (C8H17COOH) zuzusetzen. Hierdurch wird der pH-Wert herabgesetzt und dem Mittel Schmierfähigkeit erteilt* Vorzugsweise beträgt die niedrigste anteilige Menge an Polargonsäure etwa 1 #, jedoch ist es möglich, anteilige Mengen dieser Säur· von etwa 5/1O bis zu etwa £2£ 25 # zuzusetzen·
Wie oben bereits bemerkt wurde, wird das Konzentrat zum Zweckt seiner Verwendung verdünnt· Der Verdiinnungsgrad hängt von den Verwendungsbedingungen ab. Zum Beispiel kann bei Verwendung der neuen Kühlflüssigkeit für Sägevorgänge ein Teil des Kon«· zentrats mit 10 Teilen'Wasser verdünnt werden· Bei üblichen Bearbeitungevorgängen, wie beim Drehen, Schleifen, Bohren, Bäumen, Heiben und dergleichen führen Verdünnungegrade von bis zu 50 Teilen Wasser auf einen Teil des Konzentrate zu guten Ergebnissen· Für Schleifzwecke wird die Kühlflüssigkeit in einen Verdünnungsgrad von 50 - 150 Teilen Wasser auf einen
Konzentrat
Teil/feerdünnt, wobei eine Verdünnung von 100 zu 1 für zahlreiche Schleifbearbeitung«! am vorteilhaftesten ist·
009886/1 697 BAD ORIGINAL
Palls es bei Bearbeitungsvorgängen, wie beim Schleifen, auf eine besonders gute Oberfläohenbesohaffenheit ankommt, führt der Zusatz eines kleinen Prozentsatzes eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes, vorzugsweise eines amphothe» rischen aliphatischen Amins, wie eines Alkalimetallsalzeβ der N-ooco-Beta-Aminbuttersäure, zu unerwartet vorteilhaften Ergebnissen.
Das Natriumsais der tf-cooo-Beta-Aminobuttersäure, das von der Armour Industrial Chemioal Company unter der Bezeichnung "Armeen SZ" vertrieben wird, eignet sich besonders gut für diesen Zweck· Vorzugsweise wird, falls dieser oder ein anderer ähnlicher Stoff verwendet wird, auch Pelargonsäure züge· setzt· Sowohl durch die Pelargonsäure wie das Natriumaala der N-ooco-Beta-Arainobuttarsäure wird die Löslichkeit dee Benzotriazole in der Mischung gesteigert· Bei Zusatz dieser Stoffe kann durch die Pelargonsäure der pH-Wert auf etwa sieben verringert werden, ohne daß irgendein gelatinöser Niederschlag ausfällt oder ein Gerinnen der Kühlflüssigkeit eintritt.
Überraschenderweise führt der Zusatz des Natriumaalzea der H-coco-Beta-Amiriobuttersäure zu einer außerordentlichen Verbesserung der Oberfläoheneixgenschaften des bearbeiteten VerkeJUlokee· Bei Verwendung einer KUhIf IUa sigkeiI+^jIiβ in
~ 10 -
BAD ORIGI
,5^9886/1697
- to -
wesentlichen der in den nachstehend angegebenen BelapjeLen II wiedergegebenen Formeln entsprach, wurde bei einer Schleifbearbeitung bei Werkstücken von völlig gleicher Beschaffenheit unter Verwendung der gleichen Schleifmaschine die Qualität der Feinstbearbeithng von einem quadratischen Mittelwert von 50 Mikrozoll auf einen quadratischen Mittelwert von 19 Mikrozoll verbessert· In einem anderen Falle wurde bei Verwendung eines Kühlmittels von im wesentlichen gleicher Zusammensetzung die Qualität der Feinstbearbeitung von 53 Mikrozoll, die bei Verwendung der besten bisher bekannten Kühlflüssigkeit erreucht wurde, auf 9 Mikrozoll bei Verwendung der neuen Kühlflüssigkeit verbessert*
Beispiel II Typische Zusammensetzung vorzugsweiser Bereich
Katriumnitrit - 6 $ 2 bis 10 <f>
Iriäthanolamin - 25 ^ 10 bis 4-0 #
"Versene^ioo* - 1 $ -- 0,1 bis 5 fi Benzotriazol 2 fi 0,2 bis 5 l·
"Armeen SZ" - 0,2 $6 0,02 bie 20 1*
(Natriumsalz der N-cooo-Aminobuttersäure)
Pelargoneäure 5 & 1 bis 20 i»
AufgeÜtait mit Wasser auf 100 i» *■"*-
χ - 11 -
009886/169 7 BAD ORIOiNAL
Die Zusammensetzung von "Vereene 1OOM wurde oben bereite anhand dee Beispiels I erläutert·
Eine Kühlflüssigkeit dieser Zusammensetzung beaitat βamtIioh· Vorteile der vorher beschriebenen Kühlflüssigkeiten und zusätzlich» die Wirkung einer überraschenden Verbesserung der Qualität der Feinstbearbeitung, die bei normalen Schleifbearbeitungsvorgängen erzielt wird und oben erläutert wurde. Dit Verwendung der letztgenannten Zusammensetzungen ist deshalb besondere zweckmäßig, wenn es auf die Oberflächenbeschaffenheit ankommt, wobei die Qualität der Feinstbearbeitung durch den einfachen Ersatz des besten Materials einer Zusammensetzung, die innerhalb der in Beispiel I gegebenen Bereiche liegt, duroh das typische Material gemäß Beispiel IZ außerordentlich verbessert wird·
Den oben angegebenen Zusammensetzungen können geruohsverbessernde und färbende Stoffe zugesetzt werden· Falls Kühlflüssigkeiten, die Pelargonsäure enthalten, in verhältnismäßig konzentrierter Form verwendet werden, verbleibt auf den Werkstücken ein Rückstand in Form eines sehr dünnen Films, der sich bei Berührung fettig anfühlt. Normalerweise ist das Vorhandensein dieses Films, der gegen Korrosion schützt und schmierende Eigenschaften besitzt, nicht von Nachteil. Falle •β jedooh erwünscht ist, diesen Rückstand zu vermeiden, kann
- 12 -
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den Zusammensetzungen gemäß den Beispielen I und II ein flüssiges aiycol, wie A'thylenglyool, Diäthylenglycol oder ein anderes Polyäthylenglyool mit Molekulargewichten von zu 400 in anteiligen Mengen zugesetzt werden, die annähernd den Prozentsätzen an vorhandener Pelargonsäure entsprechen. Dieser* Zusatz von GIyοöl verflüssigt den Rückstand und verhindert die Bildung des fettigen Films.
Kühlflüssigkeiten gemäß der Erfindung können zu Preisen her·» gestellt werden, die wettbewerbsfähig mit denen der bisher bekannten Kühlmittel sind. Sie sind sowohl bei der Bearbeitung von Eisen, wie von Nichteisenmetallen verwendbar und bewirken weder eine Korrosion dee Werkstücks nooh der Maschine» Da sie durchsichtig sind und nicht schäumen, kann der Arbeiter das Werkstück beobachten und die Schwierigkeiten, die sich eonat durch Verspritzen und Überfließen des Kühlmittels ergeben, werden auf ein Mindestmaß verringert· Die neuen Kühlmittel haben keine schädigenden Einwirkungen auf die Maschinen und auf die Werkstücke und keine Neigung zu verharzen* Sie wasohen das Schmiermittel nicht von der Maschine ab und belassen keine Rückstände, sei es auf den Flächen oder in den Flüssigkeitsdurohtrittskanälen der Maschine· Da die neuen Kühlmittel keine öle oder Fette enthalten, werden sie nioht ranzig· Sie brauohen zum Zwecke ihrer Verwendung lediglioh einer Zuführungsrinnθ aufgegeben zu werden. Auch in diesem Zusammenhange ist die Satsaohe, daß sie nioht eohäumen von
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4'"
Vorteil. Die neuen Kühlflüssigkeiten verursachen keine Hautkrankheiten und sind, da ihr pH-Wert verhältnismäßig niedrig gehalten werden kann, nicht schädigend für die Hände der
Arbeiter* Zusätzlich ergibt die Verwendung der Kühlmittel
der Zusammensetzung gemäß Beispiel II den unerwarteten Vorteil, daß bei Schleifbearbeitungsvorgängen eine erhebliche
Verbesserung der Oberflächeneigenschaften erzielt wird. Alle diese Eigenschaften gehen mit einer Verlängerung der Lebensdauer sowohl der Präs- wie der Schleifwerkzeuge, di· tür di· Bearbeitungevorgänge verwendet werden, einher·
V
Patentansprüche t
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Claims (1)

  1. -H-
    Patentansprüche t
    1, Kühlmittel für lletallbearbeitungsvorgänge, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus einem Alkalimetallnitrit, Iriäthanolamin und einem kleineren Prozentsate von Benzotriazol oder 4-Nitrobenzotriazol oder Mischungen dieser Stoffe besteht· v
    2· Kühlmittel naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet* daß es einen ohelatbildenden Stoff enthält.
    3· Kühlmittel naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem einen kleinen Prozentsat« eines kationiaohen oberflächenaktiven Stoffes enthält·
    4· Kühlmittel nach Anspruoh 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kationische oberflächenaktive Stoff ein amphoterββ aliphatisch e a AmIn ist·
    5» Kühlmittel nach Anspruoh 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oberflächenaktive Stoff ein Alkalimetallaal« der H-oooo-Beta-Aminobuttersäure let«
    6· Kühlmittel für Metallbearbeitungsvorgänge, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung naoh Gewichtsprozenten,
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    BAD
    28 # 1594452 Natriumnitrit 10 i> Triäthanolamin 1 * "Versene 100" 2 i> Benzotriazol aufgefüllt mit 100 4 Wasser auf
    7* Kühlmittel für Metallbearbeitungsvorgänge, gekennzeichnet duroh die folgende Zusammensetzung naoh Gewichteprosentent Katriumnitrit 40 bis 5 Ϊ Triäthanolamin 5 bis 40 i» "Versene 100B 0,1 bis 5 1· Benzotriaaol 0,01 bis 10 Ji aufgefüllt mit
    Wasser auf 100 ^
    8. Kühlmittel für Metallbearbeitungsvorgänge, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung naoh Gewiohtaprozenteni
    Natriumnitrit 6 Triäthanolamin 25 Benzotriazol 2 Armeen SZ 0,2 Pelargonsäure 5 aufgefüllt mit Wasser auf 100
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    9· Kühlmittel für Metallbearbeitungsvorgänge, dadurch gekennzeichnet, das te la wesentlichen aus einem Alkallmetallnitrit, einem Ethanolamin, S&otrlazol oder 4-Nitrobtneotriaeol bzw. Kombinationen dieser beiden letcteren Stoffe, einem chelatblldenden Stoff, einem kationieohen oberflächen· aktiren Stoff, Pelargoneäure und Wasser besteht* ·
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