DD257270A1 - Waessriges kuehl- und spuelmedium (kuehlschmiermedium) fuer den schleif- und trennschleifprozess von glas - Google Patents

Waessriges kuehl- und spuelmedium (kuehlschmiermedium) fuer den schleif- und trennschleifprozess von glas Download PDF

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DD257270A1
DD257270A1 DD29957487A DD29957487A DD257270A1 DD 257270 A1 DD257270 A1 DD 257270A1 DD 29957487 A DD29957487 A DD 29957487A DD 29957487 A DD29957487 A DD 29957487A DD 257270 A1 DD257270 A1 DD 257270A1
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DD29957487A
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Harald Winde
Magdalene Glatzel
Jutta Nussbaum
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Univ Schiller Jena
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Abstract

Die Bearbeitungstechnologie des Glases in der Stufe der Trennoperationen (Trennschleifen, Schleifen) erfordert den Einsatz von effektiv wirkenden Kuehl- und Spuelmedien. Als ein solches ist immer noch Petroleum weit verbreitet. Aufgrund verschiedener Nachteile besteht die Forderung der Abloesung von Petroleum durch waessrige Medien. Fuer die Belange der Glasbearbeitung wurde jedoch noch keine optimale Loesung dieses Problems gefunden; haeufig werden aus Mangel an geeigneten Kombinationen fuer die Metallbearbeitung entwickelte Kuehlschmiermedien, wie Bohroelemulsionen, verwendet. Der erfindungsgemaesse Vorschlag besteht darin, eine fuer das Trennschleifen und Schleifen geeignete waessrige Fluessigkeit auf der Basis kationischer Tenside aufzubauen. Als wirksame Komponente(n) kommen dabei kationische Tenside, die quaternaeren Stickstoff enthalten, vom Typ

Description

in Kombination mit mehrwertigen Alkoholen bzw. Aminoalkoholen zum Einsatz kommen, wobei R
einen Alkylrest mit 12 bis 18C-Atomen und X" die Methylsulfatgruppierung bedeuten. 2. Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine wäßrige Flüssigkeit
handelt, die keinerlei Mineralölanteile enthält
3.Γ Medium nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kationischen Tenside im Konzentrationsbereich zwischen 2 · 1CT2mol/i und 10~3mol/l vorliegen.
Hierzu 1 Seite Zeichnung
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kühl- und Spülflüssigkeit, die beim Zerteilen von Glasblöcken durch Trennschleifen sowie bei der Bearbeitung von Glas durch Schleifen, bei der Festigung optischer Bauelemente aus Glas sowie Artikeln aus Wirtschaftsglas Verwendung findet.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Bei der Zerteilung von Glasblöcken durch Trennschleifen sowie bei der Bearbeitung von Glas durch Schleifen ist der Einsatz eines Kühl- und Spülmediums unbedingt notwendig. Das Medium hat die Aufgabe, die beim Bearbeitungsprozeß entwickelte Wärme abzuführen, den Verschleiß der Werkzeuge möglichst niedrig zu halten sowie für den Abtransport des Abschliffs zu
sorgen. . , /
Hierbei ist eine rasche Sedimentation der Abschliffteilchen in den angeschlossenen Absetzgefäßen notwendig. Die abgesetzten Teilchen müssen anschließend leicht entfernt werden können. Sehr häufig wird beim Schleifen und Trennschleifen von Glas Petroleum als Kühl- und Spülmedium eingesetzt. Besonders günstig ist hierbei das Schleifverhältnis, d. h. das Verhältnis zwischen abgetrenntem Volumen/Zeiteinheit und dem Werkzeugverschleiß. Petroleum bewirkt ferner ein gutes Absetzverhalten der Abschliffteilchen. Außerdem besteht beim Einsatz von Petroleum keine Gefahr der Korrosion von Metallteilen..
Negative Faktoren beim Einsatz von Petroleum sind die hohe Brandgefahr und die Geruchsbelästigung. Nachteilig ist ferner, daß bei Verwendung von Petroleum die Tiefenrißbildung beim bearbeiteten Material besonders prädestiniert ist, was einen höheren Aufwand bei den Folgeprozessen, insbesondere beim Polieren, bedingt.
Ein weiterer Nachteil von Petroleum ist die im Vergleich zu wäßrigen Kühl- und Spülmedien niedrigere Wärmekapazität sowie die relativ geringe Wärmeleitfähigkeit. Negativ ist weiterhin, daß in Mauerwerk eingedrungenes Petroleum im Laufe der Zeit beträchtliche Gebäudeschäden verursachen kann. Außerdem ist bekannt, daß durch Petroleum bei den Beschäftigten Häutallergien hervorgerufen werden können. Aufgrund der aufgeführten Nachteile wird deshalb angestrebt, bei der Bearbeitung von Glas das Petroleum durch andere Medien zu ersetzen. Häufig greift man dabei auf konventionelle wäßrige Kühl- und Spülmedien (Emulsionen, Fluide) zurück, die speziell für den Einsatz in der Metallbearbeitung entwickelt wurden. So werden häufig Bohrölemulsionen eingesetzt (z.B. GB 2018821; DD 126250; DD 234528).
Ihr Nachteil sind Probleme bei der Entsorgung, da emulgierte Öle im Abwasser nicht ohne weiteres abgebaut werden.
Verbrauchte Mineralölemulsionen müssen daher einem Spaltprozeß unterworfen werden, der mit erheblichem Aufwand verbunden ist.
Ziel ist daher, wäßrige Kühl- und Spülmedien (Kühlschmiermedien) anzuwenden, die kein Öl enthalten und deren Wirkung beim Zerspanprozeß einzig durch in der Lösung anwesende grenzflächenaktive Stoffe bedingt wird. Derartige Fluide sind bisher gleichfalls im wesentlichen für die Metallbearbeitung (Zerspanen, Kaltwalzen) entwickelt worden, nur in einigen wenigen Fällen erfolgt Anwendung bei der Bearbeitung von Glas (z.B. DD 75115, DD 93970, DD 154264; SU 253284, SU 522225, SU 535334, SU 596613, SU 721462, SU 767181, SU 785344, SU 876702, SU 973600, SU 1058998 A, SU 1074895; US B 357402, US 2968621, US 3453784,US 3715312).
Von ihrer Zusammensetzung her enthalten sie als Grundkomponenten häufig mehrwertige Alkohole (Glycerol, Ethylenglycol, Diethylenglycol, Sorbit) sowie Alkanolamine (Triethanolamin, Diethanolamin) und verschiedene Tenside. Zu nennen sind hierbei insbesondere nichtionische Tenside (Alkylpolyglykolether, Alkylarylpolyglykolether, Ethoxylierungsprodukte von
Carbonsäureestern und Carbonsäureamiden) und anionische Tenside (vorwiegend auf Basis von Oleinseifen, Sulfonaten, Schwefelsäureestersalzen und Salzen derSulfamidoessigsäure). Die Wirkung der Tenside gründet sich auf die Tatsache, daß durch die Anwesenheit bei Zerkleinerungsvorgängen (Bohren, Mahlen, Schleifen) der zur Zerkleinerung notwendige Energieaufwand gesenkt wird (Rebinder-Effekt), gleichzeitig aber die notwendige Schmierung durch die Bildung von Grenzschichten auf der Werkzeug- und Werkstückoberfläche erfolgt. Im Gegensatz zu den genannten oberflächenaktiven Stoffen, die generell nichtionischer bzw. anionischer Natur sind, ist über die Beeinflussung der Produktivität und der Oberflächenbeschaffenheit beim Schleifen und Trennschleifen von Glas durch kationische Tenside nichts bekannt. Entsprechend zu Eu 0164053 (B 24 B1/00) sind kationische Tenside (Triethylalkylammoniumchlorid bzw.-bromid sowie Dimethyldialkylammoniumchlorid bzw. -bromid) lediglich in Vorschlag, um die Haftung von Glasstaub, Läpp- und Poliermittelresten an bearbeiteten Glasoberflächen zurückzudrängen und die bearbeiteten Glasoberflächen leichter reinigen (manuell oder unter maschinellen Geschirr-Reinigungsbedingungen) zu können. Die Einwirkung auf den eigentlichen Schleifvorgang steht hierbei nicht im Vordergrund.
Ziel der Erfindung
Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Kühl- und Spülflüssigkeit für den Schleif- und Trennschleifprozeß von Glas zu entwickeln. Die Flüssigkeit soll bezüglich Produktivität, Oberflächenbeschaffenheit der erhaltenen Proben sowie Werkzeugverschleiß dem bisher eingesetzten Petroleum mindestens ebenbürtig sein, aber kein Öl enthalten.
Darlegung des Wesens der Erfindung ·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wäßrige Kühl- und Spülflüssigkeit zu entwickeln, die für den Schleif- und Trennschleifprozeß von Glas geeignet ist, eine effektive Durchführung dieses Bearbeitungsschrittes garantiert und sich durch unkomplizierte und kostengünstige Zusammensetzung, einfache Herstellung und Handhabbarkeit sowie problemlose Beseitigung nach dem Gebrauch auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Herstellung des Kühl- und Spülmediums als wirksame Komponenten kationische Tenside mit quaternärem Stickstoff vom Typ
(R: Alkylrestmit 12 bis 18 C-Atomen X: Methylsulfatgruppierung)
CH3
in Kombination mit mehrwertigen höheren Alkoholen bzw. Aminoalkoholen im Konzentrationsbereich zwischen 10~3mol/l und 2 · 10~2mol/l zum Einsatz kommen. Das so zusammengesetzte wäßrige Medium zeichnet sich durch eine erhöhte Produktivität im Vergleich zu bisher benutzten Schleiflösungen aus. Als Ursache für diese günstige Wirkung kationischerTenside ist ihre starke sorptive Wechselwirkung mit der Glasoberfläche zu sehen. Von quaternären Stickstoffverbindungen, die kationischen Tensiden zugrunde liegen, ist bekannt, daß sie mit der Glasoberfläche starke Protonen-Donator-Akzeptor- bzw. Elektronen-Donator-Akzeptor-Wechselwirkungen eingehen können. Außerdem sind elektrostatische Effekte für die starken Wechselwirkungen zwischen dieser Stoffgruppe und der Glasoberfläche verantwortlich zu machen. Die infolge des Wirkens dieser Mechanismen eintretende starke Fixierung der Tensidmoleküle an der Glasoberfläche ist Voraussetzung für die Erleichterung der zur Zerteilung des Glases notwendigen Bruch- und Splittervorgänge, die durch das Ritzen der Diamantschneiden des Werkzeuges eingeleitet werden.
Ausdruck für die mit dem vorgeschlagenen Medium erzielbare höhere Produktivität im Bearbeitungsprozeß ist auch die durch das Medium ausgelöste Fähigkeit zur Selbstschärfung des Schleifwerkzeuges. Während für viele Schleifflüssigkeiten ein Absinken der Abtragsleistung in Abhängigkeitvon der Zeittypisch ist, wird bei dem vorgeschlagenen Medium eine kontinuierlich vor sich gehende Selbstschärfung des Werkzeuges, erkennbar an steigenden Abtragsraten nach durch andere Medien verursachten Abstumpfungsperioden, beobachtet
Ein weiterer Grund für die gute Effektivität der vorgeschlagenen Schleifflüssigkeit kann sicherlich darin gesehen werden, daß kationische Tenside in günstiger Weise das Sedimentationsverhalten der Abschliffteilchen beeinflussen. Die Sedimentation erfolgt rasch, und das gebildete Sediment ist relativ locker und daher leicht entfernbar.
Infolge der alkalischen Einstellung der Schleiflösung ist die Korrosion der beteiligten Metallteile weitgehend eingeschränkt. Da das Schleifmedium keinerlei Ölanteile enthält, entfallen die bei der Entfernung verbrauchter Schleifflüssigkeit sowie des anfallenden Glasschlammes auftretenden Entsorgungsprobleme.
Es besteht keine Brandgefahr, und gesundheitsschädigende Wirkungen der Flüssigkeit liegen nicht vor. Ein weiterer Vorzug des vorgeschlagenen Mediums ist seine Transparenz.
Ausführungsbeispiele
In 1,37mol Glycerol werden 1,63 · 10"2mol eines Alkyl-Trimethylammonium-Methylsulfates
CH
CH
CH3OSO3"
bei ca. 70°C unter Rühren
eingetragen, bis das zugegebene Tensid gelöst ist. Bei Abkühlung der nicht ganz klaren Lösung bildet sich das weiße Glycerol-Tensid-Addukt, das hochviskose Konsistenz besitzt. Mit diesem wird die Wärmebehandlung noch einige Male wiederholt, wobei ständig gerührt wird.
Das erhaltene Konzentrat wird sodann in einen Maßkolben überführt und mit destilliertem Wasser auf 11 aufgefüllt. Hierzu gibt man noch 0,45 mol Triethanolamin unter guter Vermischung. Der pH-Wert der Lösung beträgt dann ca. 10. Die erhaltene Lösung kann unmittelbar im Schleifprozeß eingesetzt werden.
— Durchführung der Schleifversuche
ZtIr Beurteilung der Eignung der vorgeschlagenen Flüssigkeit im Schleifprozeß wurden labormäßige Schleifversuche an einem Borkronglas durchgeführt. Hierzu standen zwei Laborschleifmaschinen zur Verfugung, mit denen unterschiedliche Trenngeschwindigkeiten realisiert werden konnten. Die in Tab. 1 und 2 aufgeführten Werte beziehen sich auf eine Drehzahl der Werkzeugspindel von ca. 2 800 min"1 (Bearbeitungsgruppe I) und ca. Vio dieses Wertes (Bearbeitungsgruppe II). Zur quantitativen Einschätzung des Schleifergebnisses wurden die pro Zeiteinheit erzielten Abtrennmassen (bzw. die Zeitspannvolumina) sowie die Oberflächenrauhigkeiten der bearbeiteten Proben herangezogen. Außerdem wurde im Zusammenhang mit der Ermittlung der Abtrennmasse der Werkzeugverschleiß eingeschätzt.
Zur Bearbeitung des Glases kamen Diamantringwerkzeuge zum Einsatz. Tab. 1 zeigt, daß die vorgeschlagene Schleifflüssigkeit im Vergleich mit anderen, bislang in der Praxis eingesetzten Schleifmedien unter den herrschenden Bearbeitungsbedingungen die höchsten Werte ergibt. Zum Vergleich wurden verschiedenste Medien, insbesondere Bohröl (Ferrolan 90BF [10%]), einige konventionelle Fluide auf Basis der im vorigen Abschnitt aufgeführten Komponenten (Fluide der Typen Ferrosol, K50, Meopta, Alrhaz) sowie Glycerollösungen und Petroleum herangezogen.
Die erhöhte Produktivität des vorgeschlagenen Mediums wird auch aus Fig. 1 deutlich. Für verschiedene * Trenngeschwindigkeiten sind hier die nach einer bestimmten Zeit ermittelten Abtrennmassen bei der Bearbeitung eines Borkronglases mit dem vorgeschlagenen Medium einerseits und andererseits mit Petroleum als Schleifflüssigkeit dargestellt. Manerkennt, daß Petroleum deutlich niedriger liegen de Werte ergibt. Die Oberflächen rau higkeiten der mit der vorgeschlagen en Flüssigkeit bearbeiteten Proben weisen keine signifikant höheren Werte im Vergleich zu den anderen aufgeführten Werten auf (vgl. Tab. 2).
Auch das Benetzungsverhalten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schleifflüssigkeit auf der Metallbindung der Schleifwerkzeuge kann als gut eingeschätzt werden. Zur Testung des Benetzungsverhaltens wurden Randwinkelmessungen an Bronzematerialien durchgeführt. Dabei ergaben sich für die vorgeschlagene Schleifflüssigkeit Werte im mittleren Bereich (41°-46°) (vgl. Tab. 3), die gegenüber Wasser bzw. Glycerol (10%) deutlich vermindert sind.
Tabelle 3: Vergleich des Benetzungsvermögens an Bronzematerialien verschiedener Schleifmedien (Randwinkel)
Wasser Glycerol (10%) Fluide a Emulsionen b vorgeschlagenes Medium Fluide a b c d Glycerol Petroleum e f g (10%) vorgeschlagenes Medium Fluide a b c d Glycerol Petroleum efg (10%) vorgeschlagenes Medium
Bronze I ca. 80° Bronze Il . ca. 80° 90° 90° . 18° ca. 25° ca. 24° 38°-41° ca. 33° 41°-42° 41° 46° 5,0 0,19 3,2 0,18 6,5 0,56 0,36 - 3,4 5,3 4,6 - 0,58 0,27 0,44 0,30 0,30 7,4-8,1 0,69 0,91 1,34 0,35 1,32 1,38 1,12 1,21 1,82 1,67 1,33 0,72 0,86 1,51 1,77 1,54
Tabelle 1: Vergleich verschiedener Schleifmedien hinsichtlich der erzielten Abtragrate A beim Schleifen eines Borkronglases unter gleichen Maschinen- und Werkzeugbedingungen Tabelle 2: Vergleich verschiedener Schleifmedien bezüglich der erreichten Oberflächenrauhigkeit (ausgedrückt durch die arithmetischen Mittenrauhwerte Ra) beim Schleifen eines Borkronglases unter gleichen Maschinen- und Werkzeugbedingungen
Emulsionen Emulsionen
A in g/h 6,3 (Bearbeitungsgruppe I) A in g/h 0,25 (Bearbeitungsgruppe II) Rain>m 1,60 (Bearbeitungsgruppe I) Rairi'pm (Bearbeitungsgruppe II) 0,66
WieJerner Benetzungsversuche an Diamantspitzen zeigen, wird auch das Diamantkorn von der Schleifflüssigkeit gut benetzt. Das Benetzungsverhalten an der Diamantspitze ist mit den Werten für Petroleum vergleichbar.
Das vorgeschlagene Medium besitzt also ein gutes Benetzungsvermögen sowohl im Hinblick auf das Bindungsmaterial als auch auf die Diamantspitze.

Claims (1)

1. Wäßrige Kühl- und Spülflüssigkeit (wäßriges Kühlschmiermedium) zum Trennschleifen und Schleifen von Glas, dadurch gekennzeichnet, daß als wirksame Komponente(n) kationische Tenside mit quaternärem Stickstoff vom Typ
X"
R-Ii GH.
x w -
"3
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102010031094A1 (de) 2010-07-08 2012-01-12 Evonik Goldschmidt Gmbh Tenside für Kühlschmierstoffe

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