DD293365A5 - Wässriges Kühlschmiermedium zum Trennschleifen von Glas - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein waeszriges Kuehlschmiermedium zum Trennschleifen von Glas. Die Erfindung betrifft ein im Rahmen der Bearbeitungstechnologie des Glases zur Durchfuehrung von Trennoperationen (Trennschleifen, Schleifen) anwendbares waeszriges, oelfreies Kuehlschmiermedium. Der erfindungsgemaesze Vorschlag besteht darin, die Schleiffluessigkeit auf der Basis kationischer Tenside der allgemeinen Zusammensetzung(R: Alkylrest mit 12 bis 18 C-Atomen; R1, R2, R3: CH3- oder C2H5-Gruppen; X : Anion){Kuehlschmiermedium; Kuehlfluessigkeit; Trennschleifmedium; Schleifmedium; Trennschleifen; Glasbearbeitung; Trennprozesse; Tenside; oberflaechenaktive Verbindungen; kationische Tenside; Sulfamidocarbonsaeurederivate; oberflaechenaktive Zusaetze}

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein wäßriges Kühlschmiermedium, das beim Zerteilen von Glasblöcken durch Trennschleifen sowie bei der Fertigung optischer Bauelemente aus Glas sowie Artikeln aus Wirtschaftsglas durch Schleifen eingesetzt werden kann. Weitere Möglichkeiten für den Einsatz würden ferner bei der Randbearbeitung technischer Hohl- und Flachgläser und von Beleuchtungsgläsern sowie bei der Bearbeitung von Glasrohren durch Trennschleifen und Außenrundschleifen bestehen.

Charakeristik dos bekannten Standes der Technik

Bei der Zerteilung von Glasblöcken durch Trennschleifen sowie bei der Bearbeitung von Glas durch Schleifen ist der Einsatz eines Kühlschmiermediums zur Abführung der entwickelten Wärme und der Abschliffteilchen erforderlich. Sehr häufig wird hierzu Petroleum verwendet. Neben einer Reihe von Verteilen (relativ niedriger Werkzeugverschleiß, keine Korrosion von Maschinenteilen, gutes Absetzverhalten des Abschliffs) sind jedoch hierbei die gesundheitlichen Beeinträchtigungen des Maschinenpersonals, die hohe Brandgefahr sowie die durch Eindringen in das Mauerwerk verursachten Gebäudeschäden von großem Nachteil. Ungünstig sind ferner die niedrige Wärmekapazität sind -leitfähigkeit des Petroleums, außerdem die durch dieses Medium ausgelöste Tiefenrißbildung im Werkstoff Glas. Ziel ist daher, für diese Zwecke wäßrige Medien in Form von Emulsionen und ölfreien Systemen einzusetzen. Derartige Medien sind bisher im wesentlichen in großer Vielfalt für die Metallbearbeitung (Zerspanen, Kaltwalzen, Ziehen von Drahten) entwickelt worden, für die Belange der Glasbearbeitung hingegen ist die gezielte Entwicklung von Kühlschmiermedien in bedeutend geringerem Maße erfolgt; oftmals wird daher auf iVetallbearbeitungsmedien (z.B. DD 126250, DD 234528, GB 2018821), u.a. Bohrölemulsionen, zurückgegriffen. Speziell für die Glasbearbeitung mit Diamantwerkzeugen wurden sowohl ölhaltige (z.B. SU 960229, SU 1326611, CS 241581, CS 254462) wie auch ölfreie wäßrige Medien (SU 253284, SU 522225, SU 596613, SU 721462, SU 767181, SU 785344, SU 876702, SU 973600, SU 1)97446, SU 1058998, US 357402, US 2968621, US 3453784, US 3715312) entwickelt. Ihr Einsatz ist vorwiegend für die Herstellung von Verzierungen (Kunstschliff), bei der Randbearbeitung von Hohl- und Flachgläsern, beim Trennschleifen von Glasröhren und beim Außenrundschleifen vorgesehen. Fraglich ist ihre Anwendung beim Trennschleifen von Blöcken optischer Gläser, da hier hohe Anforderungen an das Kühlmedium aufgrund der hohen Werkzeugbelastungen infolge der höheren Drehzahlen und größeren Schleifkräfte bestehen. Generell war dem Einsatz wäßriger, kommerzieller Kühlmedien beim Trennschleifen von Glas bisher u.a. aus diesen Gründen kein Erfolg beschieden. Von ihrer Zusammensetzung her enthalten diese Medien als Grundkomponenten mehrwertige Alkohole, Alkanolamine sowie Tenside mit nichtionischem und anionischem Aufbau. Mitunter sind auch als Inhaltsstoffe lösliche Polymere anzutreffen (z. B. SU 1247417, US 4578203). Kationische Tenside sind bisher nur in Vorschlag gebracht worden, um die Haftung von Glasstaub, Läpp- und Schleifmittelresten an bearbeiteten Glasoberflächen zurückzudrängen und die bearbeiteten Glasoberflächen manuell oder maschinell leichter reinigen zu können (AT 385025; EP 0164053). Die Einwirkung auf den eigentlichen Schleifvorgang wurde dabei nicht betrachtet. Daß die Anwesenheit kationischer Tenside im Schleifmedium der Effektivität des Schleifprozesses in günstiger Weise beeinflußt, wurde erstmalig in DD 257270 und DD 262016 erkannt. Die Wirkung beruht auf der spezifischen Art der Wechselwirkung von Verbindungen dieser Stoffklasse mit Werkstück- und der Werkzeugoberfläche.

Beim Einsatz derartiger Systeme beim Trennschleifen zeigte sich jedoch, daß der Prozeßablauf durch Schaumbildung beeinträchtigt wird. Außerdem verlief die Sedimentation der Abschliffteilchen nicht immer zufriedenstellend, wobei Unterschiede in Abhängigkeit von der Glassorte auftraten.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt als Ziel die Herstellung eines Kühlschmiermediums insbesondere zum Trennschleifen von Glas. Die

Flüssigkeit soll bezüglich Produktivität, Werkzeugverschleiß und Oberflächenbeschaffenheit der erhaltenen Proben dem

Petroleum nahekommen, geringe Schaumbildung während des Bearbeitungsprozesses zeigen sowie physiologisch unbedenklich sein.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wäßriges Kühlschmiermedium zu entwickeln, das insbesondere für den Trennschieifprozeß des Glases, aber auch für das Schleifen von Glas geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Herstellung des Kühlschmiermediums als wirksame Komponenten kationirehe Tenside mit quaternärem Stickstoff vom Typ

(R: Alkylrest mit 12 bis 18 C-Atomen; R¹, R², R³: CH₃- bzw. C,H₆-Gruppen;

X": Anion)

in Verbindung mitTensiden vom Sulfamidocarbonsäuretyp

R-SO₂-NH-(CH₂I_n-COO- Me⁺

(R: Alkylrest mit 12 bis 18 C-Atomen;

n: Anzahl der CH₂-Gruppen, vorzugsweise η = 1;

Me⁺: einfach positiv geladenes Kation bzw. katiorvsche Gruppierung, vorzugsweise Trimethylammonium)

zusammen mit mehrwertigen höheren Alkoholen und Ethoxylierungsprodukten höherer Fettalkohole und von Alkylphenolen im Konzentrationsbereich zwischen 10~⁴mol/l und 10~²mol/l zum Einsatz kommen. Ein derartig zusammengesetztes System weist gegenüber der früheren Mischungsvariante infolge der zusätzlichen Anteile von Tensiden vom Sulfadimdocarbonsäuretyp eine stark abgeschwächte Schaumbildung auf. Fernerzeigt sich eine verbesserte Schmierwirkung, was die Werkzeugstandzeit positiv beeinflußt. Zur Verbesserung des Absetzverhaltens des Abschliffs wird der Mischung ein bestimmter Anteil (maximal 0,25VoI.-%) einer wäßrigen Lösung von Kolophonium in Triethanolamin zugefügt. Das so zusammengesetzte Medium zeichnet sich durch eine gute Effektivität bei der Trennleistung und eine im Vergleich zu anderen konventionellen Schleifmedien verhältnismäßig hohe Werkzeugstandzeit bei gutem Sedimentationsverhalten der Abschliffteilchen aus. Infolge der schwach alkalischen Einstellung des Schleifmediums ist die Korrosion von Maschinenteilchen weitgehend eingeschränkt. Da die Lösung keinerlei Ölanteile enthält, entfallen damit verbundene Entsorgungsprobleme bei der Entfernung verbrauchter Schleifflüssigkeit sowie des anfallenden Glasschlammes. Hervorzuheben ist die sehr gute Hautverträglichkeit des Mediums. Die Aussage basiert auf der epikutanen Testung von 203 Probanden nach Jadassohn-Bloch, außerdem wurde der Benetzungstest an 18 Probanden durchgeführt. Bei diesen Testen wurde das Schleifmedium in gebrauchsfertiger Form von allen Probanden reaktionslos vertragen. Weiterhin besteht keine Brandgefahr. Von großem Vorteil ist die Transparenz des vorgeschlagenen Mediums, da hierdurch der Schleifvorgang der unmittelbaren Beobachtung zugänglich ist.

Ausführungsbeispiele

Herstellung des Schleifmediums

In 25mol Glycerol werden 0,75mol eines Alkyl-Trimethylammonium-Methylsulfats

/CH " ^LV/^H35-^:^Fl₃

unter Rühren bei Zimmertemperatur eingetragen. Nach Erreichen einer möglichst guten Homogenisierung wird die Mischung im Wasserbad auf eine Temperatur von 70⁰C bis 80°C gebracht und die Auflösung unter Rühren fortgesetzt. Wenn sich eine einheitliche Phase ausgebildet hat, werden - ebenfalls in der Wärme - zu der entstandenen Mischung 900ml einer Lösung von Triethanolamin-Mepasinsulfamidoacetat (Aktivgehalt ca.-60%) eingerührt. Die Mischung wird dabei durchscheinend und trennt Sich nach langsamer Abkühlung auf Raumtemperatur in zwei Phasen. Nach erneuter Homogenisierung bei Temperaturen im Bereich zwischen 7O⁰C und 8OT, werden in die Mischung je 0,15mol eines aliphatischen und aromatischen Polyglycolethers mit der Zusammensetzung

C₁₄H₂₉-(O-CH₂-CH₂I_n-OH bzw

C₉H₁₈-C₆Hs-(O-CH₂-CH₂I_n-OH

(mittlerer Ethoxylierungsgrad η jeweils ca. 10) unter intensivem Rühren eingetragen. Bei Abkühlung auf Zimmertemperatur tritt ebenfalls Phasentrennung auf. Zur endgültigen Herstellung der wäßrigen Schleifflüssigkeit werden 2,51 des intensiv durchgemischten Konzentrats zunächst mit 101 Glycerol vermischt. Diese Mischung ist dann in 1001 vorgelegtes Wasser einzutragen.

Durchführung der Trennoperationen

Die Trennung der Glasblöcke erfolgte mittels einer Trennschleifmaschine TS 500 unter Verwendung segmentierter Diamanttrennschleifscheiben (Co/Cu-Bindung; Diamantkorngröße 200-250Mm; Konzentration K20). Zum Einsatz kamen verschiedenste optische Gläser unterschiedlicher Schleifhärte. Bei den über einen längeren Zeitraum durchgeführten Trennoperationen ergaben sich Werkzeugstandzeiten zwischen 30 m² und 65 m² getrennter Fläche. Derartige Werte wurden bisher nur durch den Einsatz von Petroleum als Kühlschmiermedium erzielt. Die mittleren Trennleistungen - bezogen auf einen Beobachtungszeitraum von einigen Wochen - ergaben sich zu durchschnittlich 16dm²/h; Spitzenworte lagen im Bereich um 30-35dmVh.

Es wird eingeschätzt, daß die mit der erfindungsgemäßen Flüssigkeit erhaltenen Ergebnisse bezü_k Werkzeugstandzeit und Trennleistung im Vergleich zu konventionellen Medien den unter Einsatz von Petroleum erhaltener! ochsten liegen.

Abbildung 1 bringt eine Gegenüberstellung der maximalen Schleifkräfte (aufgetragen sind der Kraft μ irtionale Werte) des vorgeschlagenen Mediums im Vergleich zu einer anderen, jedoch petroleumhaltigen Schleifflüssigkeit ii. bhängigkeit von der Schleifhärte H₅ der eingesetzten Gläser. Bei dem erfindungsgemäßen Medium sind die Kräfte in Abhängigkeit von der relativen Schleifhärte fast konstant, während bei der anderen Flüssigkeit ein lineares Ansteigen auftritt. Es zeigt sich weiterhin, daß die Kräfte beim Einsatz des erfindungsgemäßen Mediums insbesondere bei härteren Gläsern niedriger als bei Verwendung des ölhaltigen Mediums sind, was für die Werkzeugstandzeit, das Schleifverhältnis und das Schleifbild günstiger ist. Abbildungsuntorschrift: Maximale Schleifkraft K*_mlx für das erfindungsgemäße Medium (a) und ein petrolhaltiges Medium Jb) in Abhängigkeit von der relativen Schleifhärte H₅ der bearbeiteten Gläser

Claims (2)

1. Wäßriges Kühlschmiermedium (wäßrige Kühl- und Spülflüssigkeit) zum Trennschleifen von Glas sowie zur Bearbeitung von Glas durch Schleifen, dadurch gekennzeichnet, daß als wirksame Komponenten kationische Tenside mit quaternärem Stickstoff vom Typ

„1

(R: Alkylrest mit 12 bis 18 C-Atomen; R¹, R², R³: CH₃- oder C₂H_B-Gruppen; X": Anion) in Verbindung mitTensiden, welche die Sulfamidocarbonsäuregruppierung R-SO₂-NH-(CH₂J_nCOO- Me⁺

(R: Alkylrest mit 12 bis 18 C-Atomen; η: Zahl derCH₂-Gruppen; vorzugsweise 1; Me⁺: einfach positiv geladenes Kation oder kationische Gruppierung, vorzugsweise Triethanolammonium) aufweisen, zusammen mit mehrwertigen Alkoholen und Ethoxylierungsprodukten von Fettalkoholen und Alkylphenolen zum Einsatz kommen.

2. Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tenside in Konzentrationen zwischen 10"⁴ mol/l bis 10"² mol/l vorliegen.