DE3008500C2

DE3008500C2 -

Info

Publication number: DE3008500C2
Application number: DE3008500A
Authority: DE
Inventors: John L. Dr. West Chester Pa. Us Przybylinski
Original assignee: Pennwalt Corp
Current assignee: Pennwalt Corp
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1989-06-08
Also published as: DE3008500A1; NL189766C; MX153803A; FR2450870A1; GB2044798A; US4250046A; NL8000537A; FR2450870B1; GB2044798B; BE882026A

Description

Viele Schmiermittel erfordern Höchstdruckzusätze, welche auf Schwefelverbindungen basieren. Bei hohen Kontaktdrücken erhitzt sich das bearbeitete Metall an seiner Oberfläche und reagiert mit dem Schwefel, wobei sich Metallsulfide bilden, welche dazu beitragen, die Grenzreibung und das Aneinanderschweißen des bearbeiteten Metalls und des Metallbearbeitungswerkzeugs, wie einer Drehbank, eines Bohrers, eines Stanzwerkzeugs, einer Säge, einer Nagelmaschine,einer Automatendrehmaschine oder ähnlicher Werkzeuge zu verhindern. Die herkömmlichen Schmiermittelzusätze auf Schwefelbasis sind entweder nicht wasserlöslich und müssen als Emulsion zubereitet werden oder sie sind ionischer Natur und bilden in hartem Wasser Schaum bzw. Niederschläge. Beispiele dafür sind schwefelhaltige (sulfurized) Mineralöle, schwefelhaltige ungesättigte Fette oder Fettsäuren, einige synthetische organische schwefelhaltige Verbindungen, anorganische Polysulfide und schwefelhaltige Salze, Emulsionen haben häufig keine hohe Stabilität; sie sind vielmehr gegenüber dem Angriff von Bakterien anfällig und hinterlassen Rückstände. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Schmieröle aufgrund des Emulgatorgehalts der Emulsion an den bewegten Teilen des Maschinenwerkzeugs in emulgierter Form in die Schneidflüssigkeit verschleppt werden können, was die Arbeitsweise der Maschine beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil von Emulsionen ist der, daß sie Beseitigungsprobleme aufwerfen können, wenn man sie verwirft. Die Emulsionen müssen bewußt häufig gebrochen und die Öl- und Wasserphase getrennt verworfen werden, damit die Umweltschutzvorschriften erfüllt sind.

Derzeit verfügbare ionische schwefelhaltige Salze, wie Salze von Mercaptobenzothiazol, haben den Nachteil, daß sie mit den Schwermetallionen ausfallen, welche in gewöhnlichem Leitungswasser vorliegen oder aus der Oxidation des bearbeiteten Metallstücks resultieren. Aus diesem Grunde müssen sie mit Chelatbildnern formuliert werden, welche die Korrosion des Werkstücks und der Maschine beschleunigen.Wegen seiner hohen Wasserlöslichkeit überwindet das erfindungsgemäß verwendete Diäthanoldisulfid die bei Emulsionen und ionischen schwefelhaltigen Salzen auftretenden Probleme.

Die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten bzw. -fluide werden dadurch in Kontakt mit dem Metallwerkstück gebracht, daß man die Flüssigkeit aufsprüht, einen Strom der Flüssigkeit gegen das Werkstück richtet oder das Werkstück in solcher Weise in die Flüssigkeit eintaucht, daß sich das Werkstück, das Metallbearbeitungswerkzeug und die Metallbearbeitungsflüssigkeit sämtlich in innigem Kontakt befinden.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß Diäthanoldisulfid (2,2′-Dithiobiäthanol) ein wirksamer wasserlöslicher Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz für wäßrige Schmiermittelsysteme ist, ohne daß die Nachteile der vorgenannten schwefelhaltigen Höchstdruckzusätze auftreten. Diäthanoldisulfid ist eine organische, nicht-ionische Verbindung, welche in allen Mengenverhätlnissen in Wasser löslich ist. Die Verbindung hat im allgemeinen einen Schwefelgehalt von mehr als 40 Gew.-% bei einer chemischen Struktur, welche die Verbindung zu einem sehr wirksamen und vorteilhaften Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz macht. Diäthanoldisulfid fällt in hartem oder saurem Wasser nicht aus der Lösung aus. Es hat die zusätzlichen Vorteile eines geringen Geruchs und heller Farbe; außerdem führt es nicht zur Schaumbildung.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Metallwerkstück bearbeitet, indem man es mit einem Metallbearbeitungswerkzeug erfaßt, wobei ein inniger Kontakt mit einer wirksamen Menge der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeit vorhanden ist. Diese Flüssigkeit umfaßt einen Hauptanteil an Wasser und eine wirksame Menge an Diäthanoldisulfid, welcher der Flüssigkeit höchstdruckbeständige Eigenschaften und Antiverschleißeigenschaften verleiht. Gegebenenfalls können wirksame Mengen an einem oder mehreren konventionellen Bearbeitungsflüssigkeitszusätzen vorhanden sein, wie Gleitmitteln, Rostschutzmiteln, Netzmitteln, Schauminhibitoren, Germiciden, Chelatbildnern, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffen und Parfüms.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wurde gefunden, daß Gemische von Diäthanoldisulfid und wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100 in Wasser eine synergistische Aktivität zeigen, wenn sie in wirksamen Anteilen eingesetzt werden, daß sie bei hohen Belastungen in Metallbearbeitungsflüssigkeiten Höchstdruck- und Antiverschleißeigenschaften ergeben. Diäthanoldisulfid zeigt bereits bei Konzentrationen von nur 0,05 Gew.-% in Wasser Höchstdruck- und Antiverschleißeigenschaften. Gegebenenfalls können wirksame Mengen an einem oder mehreren herkömmlichen Metallbearbeitungsflüssigkeitszusätzen vorhanden sein, wie an Schmier-oder Gleitmitteln, Rostschutzmitteln, Netzmitteln, Schauminhibitoren, Germiciden, Chelatbildnern, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffen oder Parfüms.

Diäthanoldisulfid ist als solches ein wirksamer Höchstdruckzusatz und ein wirksames Antiverschleißmittel und kann somit als einziges Mittel dieses Typs in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten eingesetzt werden. Für spezielle Arbeitsvorgänge kann man jedoch auch andere Höchstdruck- und Antiverschleißzusätze mit Diäthanoldisulfid in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten kombinieren.

Es folgt eine nähere Erläuterung der Erfindung.

Es wurde gefunden, daß Diäthanoldisulfid (HOC₂H₄S₂C₂H₄OH) ein hochwirksamer Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz für Metallbearbeitungsflüssigkeiten bzw. -fluide auf Wassergrundlage ist. Das Schwefelgehalt von Diäthanoldisulfid beträgt über etwa 40 Gew.-%, jedoch bewahrt die Verbindung selbst in Gegenwart von Schwermetallionen in sämtlichen Mengenverhältnissen ihre Wasserlöslichkeit. Diäthanoldisulfid ist eine transparente Flüssigkeit mit einer Viskosität von 53×10^-2 m²/s (53 cst) bei 40°C.

Diäthanoldisulfid kann dadurch hergestellt werden, daß man 2 Mol 2-Mercaptoäthanol mit 1 Mol Schwefel in Gegenwart eines basischen Katalysators, wie Triäthylamin, umsetzt. Der als Nebenprodukt gebildete Schwefelwasserstoff wird aus dem Reaktionsgemisch durch Hindurchleiten von Luft oder eines anderen Inertgases bei etwa 100°C ausgetrieben. Bei dieser Herstellungsweise werden ferner geringere Mengen an Diäthanoltrisulfid und höheren Diäthanolpolysulfiden erzeugt. Diese Produkte sind wegen ihrer begrenzten Wasserlöslichkeit nicht so gut brauchbare Metallbearbeitungsflüssigkeitszusätze wie Diäthanoldisulfid. Das 2-Mercaptoäthanol wird von mehreren Herstellern in den Handel gebracht.

Der theoretische Schwefelgehalt von Diäthanoldisulfid beträgt 41,58 Gew.-%. Der Schwefelgehalt des in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Diäthanoldisulfids kann 37 bis 46 Gew.-% betragen, da Mischen von geringeren Anteilen von Thiodiäthanol und Diäthanolpolysulfiden vorliegen können. Wenn in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen Diäthanoldisulfid erwähnt wird, soll damit ein Diäthanoldisulfid mit einem Schwefelgehalt von 37 bis 46 Gew.-% einbezogen sein.

Es wurde gefunden, daß sich ein Diäthanoldisulfid als Höchstdruckzusatz (EP-Zusatz) und Antiverschleißzusatz für Metallbearbeitungsflüssigkeiten auf Wasserbasis eignet, beispielsweise für Mahl-, Schleif-, Schneide-, Gewindeschneide-, Bearbeitungs- und Sägeflüssigkeiten. Seine Brauchbarkeit als Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz wird erhöht, wenn es mit Polyoxyalkylenglykolen kombiniert wird, mit denen es in den Metallbearbeitungsflüssigkeiten auf Wassergrundlage synergistisch wirkt.

Die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten enthalten mindestens etwa 0,05 Gew.-% Diäthanoldisulfid. Man kann eine beliebige höhere Konzentration als Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz anwenden, jedoch sind Konzentrationen von mehr als etwa 1 Gew.-% der Metallbearbeitungsflüssigkeit unwirtschaftlich. Ein bevorzugter Konzentrationsbereich beträgt etwa 0,05 bis 0,2 Gew.-%.

Normalerweise würde Diäthanoldisulfid der einzige Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten sein. Für spezielle Metallbearbeitungsvorgänge wurde jedoch gefunden, daß andere Höchstdruck- und Antiverschleißzusätze zusammen mit dem Diäthanoldisulfid vorhanden sein können, beispielsweise emulgiertes bzw. emulgierte Di-tert-nonylpolysulfid, Salze und Ester von schwefelhaltiger (sulfurized) Ölsäure, Salze von Mercaptobenzothiazol und Polyoxyäthylenbis-(thioharnstoff).

Ein Bestandteil der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten ist mindestens ein wasserlösliches Polyoxyalkylenglykol mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100. Vorzugsweise ist das Glykol ein Polyoxyalkylenglykol, Polyoxypropylenglykol und/oder gemischtes Polyoxyäthylen-polyoxypropylenglykol. "Wasserlöslich" bedeutet wasserlöslich bei Raumtemperatur, da einige Polyoxyalkylenglykole bei erhöhten Temperaturen unlöslich werden und der Einsatz solcher Glykole tatsächlich bevorzugt ist. Was die Molekulargewichte betrifft, müssen die Polyoxyalkylenglykole ein Mindestmolekulargewicht von eta 100 aufweisen. Die Obergrenze der Molekulargewicht bestimmt sich durch die Wasserlöslichkeit der Glykole bei Raumtemperatur. Es ist zweckmäßig, das Polyoxyalkylenglykol mit dem höchsten Molekulargewicht zu verwenden, welches bei Raumtemperatur in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten wasserlöslich ist. Polyoxyäthylenglykole mit so hohen Molekulargewichten wie etwa 600 wurden bereits in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten eingesetzt. Polyoxypropylenglykole mit so hohen Molekulargewichten wie etwa 400 wurden für den gleichen Zweck verwendet. Gemischte Polyoxypropylen-polyoxyäthylenglykole mit so hohen Molekulargewichten wie etwa 3500 wurden ebenfalls in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten verwendet.

Die Polyoxyalkylenglykole werden in einer Mindestkonzentration von etwa 0,05 Gew.-% eingesetzt. Beliebige höhere Konzentrationen an Polyoxyalkylenglykolen können in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten angewendet werden, sofern sie wasserlöslich sind. Konzentrationen von mehr als etwa 5 Gew.-% der Metallbearbeitungsflüssigkeit sind weniger wirtschaftlich. Bevorzugt angewendet werden Konzentrationen von etwa 0,2 bis 0,6 Gew.-%. Zusätzlich zu den Polyoxyalkylenglykolen können die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten wirksame Mengen an mindestens einem herkömmlichen Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatz enthalten, beispielsweise Schmiermittel (lubricity agents), Rostschutzmittel, Netzmittel, Schauminhibitoren, germicide Mittel, Chelatbildner, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffe oder Parfüms. Ein wichtiges Kriterium für alle diese verschiedenen Zusätze ist, daß sie bei Raumtemperatur wasserlöslich sind. Unter einer "wirksamen Menge" eines herkömmlichen Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatzes ist die Mindestkonzentration des Zusatzes zu verstehen, welche in der Metallbearbeitungsflüssigkeit für den gewünschten Effekt sorgt. Die wirksame Menge an den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Zusätzen für Metallbearbeitungszusätze sind dem mit der Formulierung solcher Flüssigkeiten vertrauten Fachmann bekannt. Im allgemeinen sind diese herkömmlichen Metallbearbeitungszusätze in den erfindungsgemäßen Lösungen in Konzentrationen von mindestens etwa 0,001 Gew.-%, gewöhnlich von etwa 0,001 bis 5 Gew.-% vorhanden.

Schmiermittel (Schmierfähigkeitszusätze) sind in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten sehr zweckmäßig, da sie für den Metallbearbeitungsprozeß erforderliche Energie wirkam vermindern. Geeignete Schmierfähigkeitszusätze sind die Äthanolaminfettsäureseifen, die sich von Äthanolamin, Diäthanolamin oder Triäthanolamin ableiten. Die Fettsäureanteile leiten sich von C₆- bis C₂₂-Fettsäuren ab. Typische für die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten geeignete Fettsäuren sind Öl-, Capryl-, Myristin- und Tallölfettsäure. Schwefelhaltige bzw. geschwefelte Fettsäuren sind ebenfalls in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten einsetzbar. Die Konzentration der Äthanolaminfettsäureseifen in den erfindungsgemäßen Lösungen liegt im Bereich von etwa 0,1 bis 5 Gew.-%.

Anstatt die Äthanolaminfettsäureseifen den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten einzuverleiben, reicht es aus, das Äthanolamin und die Fettsäure getrennt zuzusetzen. Im allgemeinen werden das Äthanolamin und die Fettsäure in stöchiometrischen Anteilen eingesetzt. Die Seifen bilden sich in situ. Nach Bedarf kann ein Überschuß an Äthanolamin zur Einstellung des pH-Wertes zugesetzt werden.

Typische für die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten geeignete Rostschutzmittel sind anorganische Borate, wie Natriumtetraborat, Natriumtetraboratdecahydrat oder Triäthanolammoniumborat, Boramide, wie Natriumboramid, Nitrite, insbesondere Natriumnitrit, Nitrate, wie Natrium- oder Zinknitrat, Phosphate, wie Kaliumtripolyphosphat, Natriumhydrogenphosphat, Natriumorthophosphat oder Triäthanolammoniumphosphat, Polyoxyäthylenfettamine und -amide, wie 2-(Hydroxydiäthoxy)- dodecyl-N,N-bis-(hydrocydiäthoxyäthyl)-amin oder N,N-bis- (Hydroxytetraäthoxyäthyl)-tetradecylamid, die sich ebenso gut eignen wie Arylsulfonamidocarbonsäuren, z. B. das Triäthanolammoniumsalz von Benzolsulfonyl-N-methyl-ε-aminocapronsäure. Die Rostschutzmittel werden im allgemeinen in einer Konzentration von etwa 0,04 bis 1 Gew.-% eingesetzt.

Typische für die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten geeignete Netzmittel sind Äthanolaminmyristat, Triäthanolammoniumlaurat, Hydroxypentadecyäthoxy- (nonylbenzol), Hydroxynonaäthoxyäthyl-(octylphosphat) oder 1-Octyloxy-2-(hydroxypentaäthoxy)-3-butoxypropan. Die Netzmittel werden im allgemeinen in den erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten in einer Konzentration von etwa 0,02 bis 5 Gew.-% eingesetzt.

Typische Schauminhibitoren bzw. Entschäumungsmittel für die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten sind Glylkolpolysiloxan, Polydimethylsiloxan und andere Siloxane, 2-Äthylhexanol sowie Tributylphosphat. Die Schauminhibitoren werden in einem Konzentrationsbereich von 7 ppm bis etwa 0,01 Gew.-% eingesetzt.

Beispiele für typische Germicide sind das Natriumsalz von 2-Mercaptopyridin-N-oxid, Hexahydro-1,3,5-tris-(2-hydroxyäthyl)- S-triazin und 1,2-Benzisothiazolin-3-on. Die Germicide werden im allgemeinen in einem Konzentrationsbereich von etwa 0,005 bis 0,05 Gew.-% eingesetzt.

Beispiele für Chelatbildner, welche sich für die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten eignen, sind Sorbit, Mannit, Ascorbinsäure, Sorbose, Gerbsäure, Salze von Äthylendiamintetraessigsäure, Rohrzucker (sucrose), Weinsäure und Mannose. Die Chelatbildner können in Konzentrationen von etwa 0,005 bis 0,2 Gew.-% eingesetzt werden.

Geeignete Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren für die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten sind Benzotriazol und ähnliche Verbindungen, wie Tolyltriazol, Diheptyltriazol oder Diphenyltriazol. Diese Inhibitoren werden, nach Bedarf zusammen mit Farbstoffen und Parfüms, im allgemeinen in Konzentrationen von 0,001 bis 0,1 Gew.-% eingesetzt.

Zur Senkung der Transportkosten werden die wässrigen Lösungen, welche die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten darstellen, in Form wäßriger Konzentrate der vorgenannten Lösungen in den Handel gebracht. Die Konzentrationen werden an den Metallbearbeiter geliefert, welcher sie dann mit Wasser bis auf die gewünschte Gebrauchskonzentration verdünnt.

Die Konzentrate der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten enthalten 2 bis 10 Gew.-% Diäthanoldisulfid, 4 bis 20 Gew.-% an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100 und als Rest Wasser.

Ein anderes erfindungsgemäßes Konzentrat enthält etwa 2 bis 10 Gew.-% Diäthanoldisulfid, etwa 4 bis 20 Gew.-% an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100, etwa 4 bis 20 Gew.-% an mindestens einer wasserlöslichen Aminfettsäureseife des vorgenannten Typs und als Rest Wasser.

Die Konzentrate können auch einen oder mehreren der vorgenannten herkömmlichen Metallbearbeitungszusätze enthalten, beispielsweise Rostschutzmittel, Netzmittel, Schauminibitoren, inhibitoren, Germicide, Chelatbildner, Nicht-Eisen-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffe oder Parfüms. Wenn diese fakultativen Metallbearbeitungszusätze eingesetzt werden, sind sie in einer höheren Konzentration als der vorgenannten für die Gebrauchslösungen erwähnten Konzentration vorhanden. Typische Konzentrationen dieser herkömmlichen Zusätze in den erfindungsgemäßen Konzentraten sind: Rostschutzmittel - 10 Gew.-%; Netzmittel - 5 Gew.-%; Schauminhibitor - 1 Gew.-%; Germicid - 1 Gew.-%; Chelatbildner - 0,1 Gew.-%; Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitor - 0,01 Gew.-%; Farbstoff - 0,01 Gew.-%; und Parfüm - 0,01 Gew.-%.

Konzentrate mit einem höheren Prozentanteil an Bestandteilen, wie sie vorstehend erwähnt werden, sind technisch möglich, wobei die höheren Konzentrationen lediglich durch die Produktkosten an einem Markt mit scharfer Konkurrenz begrenzt werden.

Die erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten werden leicht hergestellt, indem man lediglich die Bestandteile in einem Behälter vermischt und das Gemisch kurz bewegt.

Die vorgenannten Konzentrate werden vom Metallverarbeiter mit Wasser zur Bildung der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten bzw. -lösungen verdünnt. Bei der Verwendung der Metallbearbeitungsflüssigkeiten wird das Metallwerkstück durch ein Maschinenwerkzeug erfaßt, während ein inniger Kontakt durch Aufsprühen der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeit oder Eintauchen in die Flüssigkeit erzeugt wird. Die Diäthanoldisulfidkonzentration kann variiert werden, indem man unterschiedliche Mengen des Konzentrats verwendet, um nach Bedarf wirksame Höchstdruck- und Antiverschleißeigenschaften zu erzielen.

Die nachstehenden Beispiele erläutern die optimale Durchführungsform der Erfindung. Die Höchstdruckeigenschaften und Antiverschleißeigenschaften der erfindungsgemäßen wäßrigen Metallbearbeitungsflüssigkeiten werden mit Hilfe des FALEX-Testgeräts gemäß ASTM-Prüfnorm D 3233 für die Antiverschleißeigenschaften bestimmt. Bestimmte Metallbearbeitungsflüssigkeiten werden nach der Vierkugel-Testmethode gemäß ASTM D 2783 getestet, aus welcher die Messung des Belastungsverschleißindex abgeleitet wird.

Bei der FALEX-Testmethode werden die Proben 300 Sekunden bei einer Klemmen- bzw. Backenbelastung von 113,5 kg (250 lbs.) laufen gelassen. Anschließend wird die Belastung mit Hilfe der automatischen Sperrklinkenvorrichtung um jeweils 113,5 kg (250 lbs.) erhöht. Jede aufeinanderfolgende Belastung wird 60 Sekunden lang beibehalten. Nötigenfalls wird die Sperrklinkenvorrichtung kurz vor Aufrechterhaltung der Belastung wieder in Eingriff gebracht. Die zur Aufrechterhaltung der Belastung erforderliche Anzahl der Zähne am Sperrad wird als "Verschleißzahl" in Tabelle II angegeben. Diese Zahl steht in direkter Beziehung zum Verschleiß des Testbolzens und der V-Backen. Das Drehmoment gegenüber dem Testbolzen wird ebenfalls notiert. Das in kg · m (in lbs.) gemessene Drehmoment steht in direkter Beziehung zur Schmierfähigkeit der Flüssigkeit. Die Belastungen werden erhöht, bis die Belastung durch die automatische Sperrklinkenvorrichtung nicht erhöht oder aufrechterhalten werden kann (Verschleißversagen) oder der Testbolzen bricht. Die Belastung am Versagenspunkt steht in direkter Beziehung zum Höchstdruckverhalten.

Die Verschleißzahlen in Tabelle IV werden in getrennten Versuchen von 15 Minuten Dauer zur Verbesserung der Genauigkeit der Verschleißdaten bestimmt. Der Gewichtsverlust der FALEX-Bolzen sowie die Anzahl der zur Aufrechterhaltung der Belastung erforderlichen Sperradzähne werden bestimmt.

Beispiel 1

In Tabelle I ist die Flüssigkeit A eine typische erfindungsgemäße Metallbearbeitungsflüssigkeit, in der die Schmierfähigkeit durch Äthanolamin und Ölsäure erzielt wird. Der Höchstdruckzusatz, nämlich Diäthanoldisulfid, ist in einer Konzentration von 0,1 Gew.-% vorhanden. Die Flüssigkeit B wird zu Vergleichszwecken ohne den Höchstdruckzusatz zubereitet. Die Flüssigkeit C ist eine handelsübliche Metallbearbeitungsflüssigkeit, in welcher der Höchstdruckzusatz ein geschwefelter (sulforierter) Ester von Ölsäure ist. Die Bestandteile von allen drei Metallbearbeitungsflüssigkeiten sind aus Tabelle I ersichtlich. Die synergistische Wirkung von Diäthanoldisulfid mit Polyoxyalkylenglykol wird durch Prüfung der aus Tabelle I ersichtlichen Flüssigkeiten D, E und F gezeigt. Alle Prozentanteile beziehen sich auf das Gewicht.

Tabelle I

Metallbearbeitungsflüssigkeiten bei Gebrauchskonzentrationen

Die Antiverschleiß- und Höchstdruckeigenschaften der Flüssigkeiten von Tabelle I werden mit einem FALEX-Testgerät bestimmt. Die Resultate sind aus Tabelle II ersichtlich.

Tabelle II

FALEX-Tests

Tabelle II (Fortsetzung)

Ein Vergleich der FALEX-Testresultate in Tabelle II für die Flüssigkeiten A, B und C zeigt die Wirksamkeit von Diäthanoldisulfid als Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz und seine Überlegenheit gegenüber einer herkömmlichen Metallbearbeitungsflüssigkeit, welche einen sulfonierten Ester von Ölsäure als Höchstdruckzusatz enthält.

Die synergistische Wirkung von Diäthanoldisulfid mit Polyoxyalkylenglykol ist leicht anhand eines Vergleichs der FALEX-Testresultate in Tabelle II für die Flüssigkeiten D, E und F ersichtlich.

Beispiel 2

Die Metallbearbeitungsflüssigkeiten von Tabelle II werden als Konzentrate zubereitet. Anschließend verdünnt man jeweils 5 Gew.-Teile der Konzentrate mit jeweils 95 Gew.-Teilen Wasser, um die Gebrauchslösungen zu erzeugen. Diese werden dann nach der FALEX- und Vierkugel-Testmethode auf die Höchstdruck- und Antiverschleißeigenschaften getestet.

Beim Vierkugeltest wird eine Stahlkugel 10 Sekunden bei 1770±60 Upm drei Stahlkugel rotieren gelassen, welche stationär in Form einer Wiege gehalten werden. Die Belastungen gegenüber der Kugel werden in Abständen von 0,1 logarithmischen Einheiten erhöht, bis es zu einer Verschweißung kommt. Die Verschweißung wird durch einen tatsächlichen Schweißvorgang angezeigt, wie er durch einen Schrammdurchmesser an den stationären Kugeln von mehr als 4 mm oder - wie in diesem Falle - durch plötzliche laute Kreisch- oder Schleifgeräusche von Kugeln angezeigt wird.

Die Schweißbelastung ist ein Maß für die Höchstdruckwirksamkeit der Flüssigkeit. Der Belastungs-Verschleißindex ist ein berechneter Durchschnittswert, welcher die kombinierten Lasttrage-(Höchstdruck-) und Antiverschleißeigenschaften der Flüssigkeit angezeigt.

Tabelle III

Metallbearbeitungsflüssigkeit

Die Testresultate bezüglich der Höchstdruck- und Antiverschleißeigenschaften der Metallbearbeitungsflüssigkeiten bei den in Tabelle II angegebenen Gebrauchskonzentrationen sind aus Tabelle IV ersichtlich.

Tabelle IV

Höchstdruck- und Antiverschleißtests an Metallbearbeitungsflüssigkeiten

Die Wirksamkeit des Diäthanoldisulfids als Höchstdruck- und Antiverschleißzusatz ist aus den FALEX-Tests und Vierkugeltests ersichtlich, wobei ansteigende Mengen des Diäthanoldisulfidzusatzes Versagen bei Belastungen ansteigend von 1250 ohne Zusatz bis auf 4250 mit 0,1% Diäthanoldisulfid ergeben. Die FALEX-Testresultate werden durch die Vierkugeltests bestätigt, wobei die Schweißbelastung von 50 bis 100 mit 0,1% Diäthanoldisulfid ansteigt, die letzte Belastung ohne Freßen von 16 bis 32 ansteigt und der Belastungs-Verschleißindex von 10,4 bis 17,6 mit 0,2% Diäthanoldisulfid ansteigt.

Claims

1. Wasserlösliche Metallbearbeitungsflüssigkeit, enthaltend 0,05 bis 1 Gew.-% Diäthanoldisulfid, 0,05 bis 5 Gew.-% an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100 und als Rest Wasser.

2. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche Polyoxyalkylenglykol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus wasserlöslichem Polyoxyäthylenglykol, Polypropylenglykol und gemischtem Polyäthylen-polyoxypropylenglykol mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100.

3. Flüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Diäthanoldisulfid in einer Konzentration von 0,05 bis 0,2 Gew.-% vorhanden ist.

4. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyoxyalkylenglykol Polyoxypropylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 400 ist.

5. Wasserlösliche Metallbearbeitungsflüssigkeit, enthaltend 0,05 bis 1 Gew.-% Diäthanoldisulfid, 0,05 bis 5 Gew.-% an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen aus der Gruppe bestehend aus Polyäthylenglykol, Polyoxypropylenglykol und gemischten Polyoxyäthylen-polyoxypropylenglykol mit einem Mindestmolekulargewicht von etwa 100, eine wirksame Menge mindestens eines wasserlöslichen Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatzes, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schmiermitteln (lubricity agents), Rostschutzmitteln, Netzmitteln, Entschäumungsmitteln, germiciden Mitteln, Chelatierungsmitteln, Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitoren, Farbstoffen und Parfüms, und als Rest Wasser.

6. Flüssigkeit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserlösliche Metallbearbeitungsflüssigkeitszusatz mindestens ein wasserlösliches Schmiermittel ist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Äthanolamin-, Diäthanolamin- und Triäthanolaminfettsäureseifen, wobei sich die Fettsäureanteile von C₆-C₂₂-Fettsäuren ableiten.

7. Flüssigkeit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkanolamin Triäthanolamin ist und die Fettsäure Ölsäure ist.

8. Konzentrat einer wasserlöslichen Metallbearbeitungsflüssigkeit, enthaltend 2 bis 10 Gew.-% Diäthanoldisulfid, 4 bis 20 Gew.-% an einem oder mehreren wasserlöslichen Polyoxyalkylenglykolen mit einem Molekulargewicht von etwa 100 und gegebenenfalls 4 bis 20 Gew.-% an mindestens einer wasserlöslichen Aminfettsäureseife sowie bis zu 10 Gew.-% Rostschutzmittel, bis zu 5 Gew.-% Netzmittel, bis zu 1 Gew.-% Schauminhibitor, bis zu 1 Gew.-% Germicid, bis zu 0,1 Gew.-% Chelatbildner, und jeweils bis zu 0,01 Gew.-% Nicht-Eisenmetall-Korrosionsinhibitor, Farbstoff und Parfüm, und als Rest Wasser.

9. Verwendung einer Metallbearbeitungsflüssigkeit nach den Ansprüchen 1 bis 7 zur Bearbeitung eines Metallstücks durch Erfassen des Metallwerkstücks mit einem Maschinenwerkzeug, wobei ein inniger Kontakt mit einer dafür ausreichenden Menge an der Metallbearbeitungsflüssigkeit vorhanden ist, so daß für Höchstdruck- und Antiverschleißeigenschaften gesorgt ist.