VERWENDUNG Die Erfindung betrifft eine Schmiermittelzusammensetzung zur Minimalmengenschmie- rung bei der Metallbearbeitung und die Verwendung der Schmiermittelzusammensetzung hierfür.

Bei metallbearbeitenden Prozessen wird unterschieden zwischen einer üblichen Nassbearbeitung, bei der das Zerspanungswerkzeug mit einem Kühlschmierstoff überflutet wird, und der Trockenbearbeitung ohne Schmierung, bei der die im Zerspanungsprozess entstehende Wärme hauptsächlich an Span, Werkzeug und Werkstück abgegeben werden. Während die Trockenbearbeitung auf Schmiermittel verzichtet, kann die in das Werkstück strömende Wärme die Bauteilgenauigkeit nachteilig beeinflussen, auch kann das Werkzeug infolge der erhöhten thermischen Belastung früher verschleißen. Die bei der Nass- bearbeitung eingesetzten Kühlschmierstoffe sorgen in erster Linie für Kühlung, Schmierung und den Späneabtransport, haben jedoch gleichzeitig Einfluss auf Nebenzeiten im Produktionsprozess durch Auffangen, Aufarbeiten oder Entsorgen der Kühlschmierstoffe, und damit auch auf die Kosten für deren Einkauf, Aufarbeitung und Entsorgung. Ferner sind Umwelt- und Gesundheitsschutz zu beachten. Einen Mittelweg zwischen Nassbearbeitung und Trockenbearbeitung bildet die Minimal- mengenschmierung (MMS) oder auch Minimalmengen-Kühlschmierung (MMKS). Genaue Definitionen für die„Minimalmengen" gibt es nicht, je nach Quelle werden bis zu 20 ml/h, 50 ml/h, 150 ml/h, oder manchmal auch bis zu 500 ml/h als MMS bezeichnet - in allen Fällen liegt aber ein deutlicher Unterschied zu üblichen Mengen bei der Nassbearbeitung von 30.000 bis 60.000 ml/h oder auch deutlich mehr vor.

Die Minimalmengenschmierung bietet gegenüber der Nassbearbeitung eine deutliche Reduzierung der Ver- und Entsorgungstechnik für den Kühlschmierstoff, ermöglicht höhere Standzeiten und reduzierte Prozessdauer. Ferner können Folgeprozesse für das Reinigen der Werkstücke und auch des Werkzeugs reduziert werden. Da die Minimalmen- genschmierung Verlustschmierung bedeutet, wird nur neues, d. h. nicht rezykliertes bzw. wiederaufbereitetes Schmiermittel verwendet, sodass auf Biozide, Fungizide und andere Additive verzichtet werden kann. Allerdings bestehen erhöhte Anforderungen an das Schmiermittel, das auf Werkstückma- terial, Maschinenparameter und Werkzeugmaterial abgestimmt sein muss, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Im Allgemeinen werden für MMS entweder synthetische Esteröle oder Fettalkohole ein- gesetzt, die für den gewünschten Bearbeitungsbereich in Bezug auf Verdampfung und Flammpunkt zusammengesetzt sind. Dabei werden synthetische Ester für Zerspanungsprozesse bevorzugt, bei denen eine effektive Schmierung am bedeutendsten ist. Bei Verwendung von Fettalkoholen steht weniger die Schmierung als die Kühlung im Vordergrund. Eine Zusammensetzung auf Basis eines Fettalkohols zur Aluminiumbearbeitung mit Mi- nimalmengenschmierung offenbart EP 2 397 535 A1. Die Alkoholverbindung hat 1 bis 8 Hydroxylgruppen und 2 bis 27 Kohlenstoffatome und ist in der Zusammensetzung in einer Menge von 16 bis 100 Gew.-% enthalten. Der Rest kann ein Mineralöl oder synthetisches Öl, auch Esteröl, sein. Zur Verbesserung der Schmierkraft dieser Zusammensetzung werden verschiedene Additive aufgezählt, die der Zusammensetzung zugesetzt werden können.

Es hat sich gezeigt, dass auch bei der Minimalmengenschmierung geringe Mengen des Kühlschmierstoffes auf dem Werkstück um die Zerspanungsstelle und an dem Werkzeug verbleiben. Die Schmiermittelreste an dem Werkstück können zwar einerseits Korrosion an der Bearbeitungsstelle vermeiden helfen, können sich andererseits aber auch nachteilig für nachfolgende Produktionsprozesse wie Schweißen, Kleben, Lackieren etc. auswirken und machen daher unter Umständen einen Reinigungsschritt erforderlich.

Wassermischbare Metallbearbeitungsflüssigkeiten, die sich mit Wasser abreinigen ließen, gelten als ungeeignet für die Minimalmengenschmierung, da sie nicht die dafür erforderli- che Schmierung oder den erforderlichen Flammpunkt aufweisen.

Zum Abreinigen eines Schmiermittels basierend auf einem gesättigten aliphatischen mo- nohydrischen C14 -18 Alkohol, das zur kalten Bearbeitung von Aluminium als Film auf der Oberfläche des Werkstücks ausgebildet ist, beschreibt WO 91/06619 das Erhitzen des Werkstücks, sodass das Schmiermittel verdampft. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Minimalmengenschmierstoff bereitzustellen, der sich ohne Erhitzen und nicht nur vom Werkstück, sondern auch vom Werkzeug und von der Werkzeugmaschine einfach abreinigen lässt.

Diese Aufgabe wird durch eine Schmiermittelzusammensetzung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Schmiermittelzusammensetzung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.

Das einfache Abreinigen bei Verwendung der Schmiermittelzusammensetzung wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 offenbart.

Eine erfindungsgemäße Schmiermittelzusammensetzung zur Minimalmengenschmierung bei der Metallbearbeitung setzt sich zu einem Hauptanteil aus einem aliphatischen Cie-24 Alkohol zusammen, dem ein geringer Anteil Emulgator zugesetzt ist, sodass das

Schmiermittel mit Wasser emulgierbar ist. Auf diese Weise können nicht nur das Werkstück, sondern auch das Werkzeug und der Bearbeitungsraum (z. B. Maschineninnen- raum) einfach von den Resten der erfindungsgemäßen Schmiermittelzusammensetzung durch Emulgierung mit Wasser entfernt werden. Allerdings ist darauf zu achten, dass die Schmiermittelzusammensetzung bei Lagerung und Zufuhr zum Werkzeug nicht mit Wasser in Berührung kommen kann.

Ein bevorzugter Emulgator kann ein Fettalkohol-Polyalkylenglycolether sein, der in der Zusammensetzung mit 0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusam- mensetzung, enthalten ist. Alternativ dazu kann der Emlugator ein Glycolsäurealkoxylat- Alkylether sein, dessen Anteil in der Zusammensetzung in einem Bereich von 0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt. Es ist aber auch denkbar, dass Mischungen von Fettalkohol-Polyalkylenglycolether und Glycolsäureal- kethoxylat-Alkylether als Emulgator mit einem Gewichtsanteil von 0,05 bis 5 Gew.-%, be- zogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eingesetzt werden. Der aliphatische Cie-24 Alkohol liegt dann jeweils in einem die 100 % der Zusammensetzung ergänzenden Anteil vor.

Der Fettalkohol-Polyalkylenglycolether weist die Formel (I)

R*-[(CH ₂ CH ₂ 0)x-(CH ₂ CH(CH3)0)y]-R ¹ (I)

auf, wobei R ¹ ein aliphatischer, verzweigter oder linearer Cie-« Alkyl- oder Alkenylrest ist. R* kann eine Hydroxylgruppe sein. Die Variablen x und y können 0 bis 10 sein unter der Voraussetzung, dass die Summe x+y von 1 bis 10 ist. Der Fettalkohol- Polyalkylenglycolether, trivial auch als Fettalkoholalkoxylat oder alkoxylierter Fettalkohol bezeichnet, kann nur aus Ethylenoxid-Einheiten (y=0) oder nur aus Propylenoxid- Einheiten (x=0) aufgebaut sein. Der Polyalkylenglycolether kann aber auch sowohl Ethylenoxid-Einheiten als auch Propylenoxid-Einheiten enthalten. Hierbei können sowohl die jeweiligen Anteile als auch Reihenfolge der Einheiten (z.B. alternierend oder blockweise) variieren. Ein nicht beschränkender beispielhafter rein ethoxylierter Fettalkohol kann auf Oleyl- oder Cetylalkohol basieren: HO-(CH2CH20) _n -R mit R oder Ci6 mit n=5 zum Beispiel. Abweichungen bezüglich Basisalkohol, Art und Anzahl der Alkoxy-Einheiten sind ohne weiteres denkbar.

Vorzugsweise kann der Gewichtsanteil des Fettalkohol-Polyalkylenglycolethers von 1 bis 5 Gew.-% betragen, wobei geringere Anteile, z. B. 1 Gew.-%, besonders bevorzugt sind. Vorteilhaft weist die Schmiermittelzusammensetzung mit 1 Gew.-% Fettalkohol-Poly- alkylenglycolether eine geeignete Emulgatorbalance mit ausreichend guten Anemulgier- eigenschaften auf, ohne dabei das Trennverhalten in der Reinigungsanlage (Demulgier- verhalten) negativ zu beeinflussen. Während eine zu niedrige Emulgatorkonzentration eine geringere Abreinigbarkeit an Werkzeug, Werkstück und Maschinenraum zur Folge hat, verhindern zu hohe Konzentrationen die Ölabtrennung in der Reinigungsanlage. Der zu dem Fettalkohol-Polyalkylenglycolether alternative Glycolsäurealkoxylat-Alkylether

(auch Ethercarbonsäure) weist die Formel (II)

R ² -0-[(CH ₂ CH20)x-(CH ₂ CH(CH3)0) _y ]-CH2-COOH (II)

auf, wobei R ² ein aliphatischer, verzweigter oder linearer C _6-2 o Alkyl- oder Alkenylrest ist.

Auch hierbei können rein ethoxylierte, rein propoxylierte oder gemischt ethoxylierte und propoxylierte Verbindungen in Frage kommen, sodass x und y von 0 bis 10 ausgewählt sind unter der Voraussetzung, dass die Summe x+y = 1 bis 10 ist. Der Glycolsäure- alkoxylat-Alkylether ist bevorzugt ein Glycolsäureethoxylat-Alkylether.

Beispielhafte Glycolsäurealkoxylat-Alkylether sind Poly(oxy-1 ,2-ethanediyl), a-(carboxy- methyl)-oo-hydroxy-, Cio-w und Ci ₂ -2o-ungesättigte Alkylether (z.B. CAS Nr. 68954-89-2), Poly(oxy-1 ,2-ethanediyl), a-(carboxymethyl)-(jo-hydroxy-, C16-18 und Cis-ungesätigte Alkylether (CAS Nr. 227310-69-2), Poly(oxy-1 ,2-ethanediyl), a-(carboxymethyl)-u)-hydroxy- octyloxy-, (CAS Nr. 53563-70-5) oder Poly(oxy-1 ,2-ethanediyl), a-(carboxymethyl)-u)- hydroxy-hexyloxy-, (CAS Nr. 105391-15-9). Der in der erfindungsgemäßen Schmiermittelzusammensetzung eingesetzte aliphatische C16-24 -Alkohol kann ein verzweigter Alkohol sein, vorzugsweise ein Guerbet-Alkohol (langkettiger, in α-Stellung zur primären OH-Gruppe alkylsubstituierter Alkohol), wie z. B. 2-Hexyl-1-decanol oder 2-Octyl-1-dodecanol. Letzterer C ₂ o-Alkohol kann bevorzugt einge- setzt werden. Derartige Alkohole können aufgrund des niedrigeren Pourpoints und der geringeren Verklebungsneigung infolge vollständiger Sättigung bei tieferen Anwendungstemperaturen eingesetzt werden als dies bei natürlichen linearen Alkoholen möglich ist.

Eine erfindungsgemäß ausgeführte Schmiermittelzusammensetzung kann also aus nur zwei Komponenten bestehen, dem Basis-Ci6-24-Alkohol und dem Emulgator. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass die Schmiermittelzusammensetzung zusätzlich von 0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, Fettsäurealkanolamid oder alkoxyliertes Fettsäu- realkanolamid der Formel (III)

R ³ -(CO)-NR'-(CH2)2-0-[(CH2CH20)x-(CH ₂ CH(CH3)0) _y ]-R" (III) aufweist, wobei R ³ ein aliphatischer, linearer oder verzweigter C5-23 Alkyl- oder Alkenylrest ist und R',R" unabhängig voneinander Wasserstoff oder ein aliphatischer, linearer oder verzweigter, substituierter oder unsubstituierter Alkyl- oder Alkenylrest sind, x und y können jeweils von 0 bis 10 gewählt sein, sodass wie oben rein ethoxylierte, rein propoxylierte und gemischt ethoxylierte und propoxylierte Verbindungen umfasst sind, wobei hier die Summe x+y von 0 (nicht alkoxyliert) bis 10 sein kann. Der Zusatz eines Fettsäurealkanolamid oder alkoxyliertes Fettsäurealkanolamid trägt zu einer verbesserten Korrosionsschutzwirkung der Schmiermittelzusammensetzung bei und kann aufgrund der anemul- gierenden Eigenschaften die Abreinigbarkeit des Werkstücks bzw. der Maschine positiv beeinflussen. Ferner kann eine erfindungsgemäße Schmiermittelzusammensetzung zusätzlich zumindest ein Leistungsadditiv aufweisen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die

a) geschwefelte Verbindungen wie geschwefelte Olefine, geschwefelte Ester, geschwefelte Triglyceride und geschwefelte natürliche Esteröle,

b) C12-24 Fettsäuren,

c) ethoxyliertes natürliches Öl,

d) KOH verseiftes Rübenöl,

e) ethoxylierter saurer Phosphorsäureester

umfasst. Im Folgenden werden Beispiele beschrieben, die explizit als nicht einschränkend zu verstehen sind:

Nicht einschränkende Beispiele für

a) geschwefelte Verbindungen umfassen

- geschwefelte Olefine wie etwa Di-terf-dodecyl-polysulfide (EG-Nr: 270-335-7), z. B. Di-ferf-dodecyl-trisulfid oder Di-te/f-dodecyl-pentasulfid,

- geschwefelte Ester wie etwa Fettsäuren, Pflanzenöl-, Methylester, sulfuriert (EG-Nr. 276-337-4),

- geschwefelte Triglyceride / geschwefelte natürliche Esteröle wie z.B.

geschwefeltes Rüböl, geschwefeltes Lardöl, geschwefeltes Rizinusöl etc., b) reine Fettsäuren wie z.B. Ölsäure oder ähnliche mit Kettenlängen im Bereich C12-24, c) ethoxylierte natürliche Öle wie z.B. Rizinusethoxylat mit 1 bis 10 Ethylenoxid-Einheiten, d) KOH verseiftes Rüböl,

e) saurer Phosphorsäureester ethoxyliert, wie z.B. Oleyl alcohol ethoxylate phosphate (CAS-Nr. 39464-69-2).

Dabei beträgt ein Anteil jedes Leistungsadditivs bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung maximal 15 Gew.-%, wobei der Anteil der Summe der Leistungsadditive bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung 30 Gew.-% nicht übersteigt. Eine erfindungsgemäße Schmiermittelzusammensetzung kann somit zur Minimalmen- genschmierung bei der Metallbearbeitung verwendet werden, wobei an Oberflächen von Werkstück und Werkzeug verbleibende Reste der Schmiermittelzusammensetzung mit Wasser abwaschbar sind.