Projekt 20221/01

Entwicklung einer für die Zerspanung von Magnesium geeigneten ökologisch verträglichen Kühlschmieremulsion

Projektdurchführung

Wascut Industrieprodukte GmbH
Rögen 9
23730 Sierksdorf

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Biowas Mg soll ein menschen- und umweltfreundlicherer wassermischbarer Kühlschmierstoff (Emulsion) werden, der für die Zerspanung von modernen Magnesium-Legierungen (z.B. AZ91) geeignet ist. Diese Emulsion soll die erste ausgereifte Emulsion auf diesem Gebiet werden.
Magnesium wird in zunehmenden Maße zerspant. Bisher gilt die Fertigung von Magnesiumteilen als besonders problematisch, weil es bei der Zerspanung mit Emulsionen und mit Ölen erhebliche Schwierigkeiten gibt (Magnesiumkalk-Ausfällungen im Maschinenraum; Emulsionen spalten sich in Gegenwart von hohen Magnesium-Konzentrationen, unter anderem).


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEin Emulgatorsystem muss erst gefunden werden, das gegen gelöstes Magnesium resistent ist. Dazu wird ein Versuchswasser auf 400°d Wasserhärte mit Magnesium-Ionen eingestellt, und mit verschiedenen Emulgatorsystemen geprüft. Das passende Emulgatorsystem zu finden kann durch Laborarbeit herausgefunden werden. Nachdem brauchbare Ergebnisse im Labor erzielt worden sind, können diese in Praxisversuchen getestet werden.
Nachdem ein stabiles Emulgatorsystem gefunden ist, müssen die überschüssigen Magnesium-Kalkrückstände (die zu den Kalkrückständen führen) gebunden und dann herausfiltriert werden.
Versuchsprodukte werden bei Pierburg oder Zeiss getestet und beurteilt. Aufgrund der Beurteilung werden die Schwächen des Produkts wenn möglich beseitigt und die Stärken ausgebaut. Das neu entstandene Produkt wird wieder getestet, bewertet und verbessert. Diese Arbeitsschritte werden wiederholt bis das Produkt zur Marktreife entwickelt ist.


Ergebnisse und Diskussion

18 verschiedene Emulgatorpakete sind auf Magnesiumresistenz getestet worden, nachdem Sie anhand toxikologischen Datenbankrecherchen als Hautverträglich eingestuft worden sind. Am besten haben sich nicht-anionische Emulgatorsysteme herausgestellt, die sich mit Magnesium nicht komplexieren. Auch diese Emulgatorsysteme werden durch hohe Magnesiumkonzentrationen destabilisiert, sind aber resistenter als anionische Emulgatorsysteme. Die Auswahl der in Frage kommenden Emulgatorsysteme war schäumiger als gute konventionelle Systeme. Die Versuchsreihen haben angedeutet, dass Fettsäuren (z. B. Ölsäure - C18 mit eine Doppelbindung) eine entschäumende Wirkung auf Emulsionen haben, wenn Sie in Verbindung mit ca. 150-600 ppm Ca2+ in eine fertig angemischte Emulsion kommen. Unter 150 ppm gibt es nicht genug Kalkseifen (Kalzium-Ölsäure Komplexe), um entstehenden Schaum zu destabilisieren. Über 600 ppm Ca2+, fängt die Emulsion an, zunehmend destabilisiert zu werden.
Eines der Emulgatorpakete hat sich als besser geeignet bewiesen, weil es resistenter gegen gelöstes Magnesium war als die anderen. Gleichzeitig ist es schaumarm genug, um eine gebrauchsfähige Emulsion herzustellen. In Labortesten war eine Emulsion, die mit diesem Emulgatorpaket entwickelt worden war, stabil in 400 °d Magnesium-haltigen Wasser über eine Woche. Die Emulsion hat keine Anzeichen von Aufrahmungen (aufschwimmendes Öl auf der Emulsion) gezeigt. Mehrere Praxisversuche haben gezeigt, das mechanische Verwirbelungen die Stabilität der Emulsion bei erhöhten Magnesiumkonzentrationen negativ beeinflussen. Ein erhöhtes Magnesium-Spänevolumen (im Vergleich zum Füllvolumen der Emulsionskreislauf) hat ebenfalls eine destabilisierende Wirkung auf die Emulsion. In manchen Systemen wurde die gleiche Emulsion schon bei 80°d leicht instabil. In diesem Fall ist eine Probe aus der Maschine nach 2 Stunden in 2 Phasen getrennt gewesen. Eine Verbesserung der Emulsionsstabilität ist mit einem Hilfsemulgator erreicht worden, der direkt in den gebrauchten Emulsionskreislauf zugegeben worden ist. Diesen Hilfsemulgator hat keine Verbesserung der Emulsionsstabilität bewirkt, als es in das Emulsionskonzentrat hinein gearbeitet wird.
Drei leichte organische Komplexbildner sind in dem Emulsionskonzentrat getestet worden. Diese sollen den überschüssigen Magnesiumkalk komplexieren, der sich sonst als weiße Kalkablagerungen in der Maschine absetzt. Diese sind alle in Praxisversuchen beurteilt worden. Das Emulsionskonzentrat mit einer dieser Komplexbildner hat bereits vorhandene Magnesiumkalkrückstände in einer Versuchsmaschine angelöst, und die Maschine nach 2 Wochen von den weißen Ablagerungen befreit. Nach 2 Monaten haben bei diesem Komplexbildner leicht durchsichtige, 1-3 cm lange, 1-3 mm breite, nadelförmige Kristalle in dem Emulsionssammeltank gebildet. Diese konnten mit einer Schaufel mechanisch beim Emulsionswechsel entfernt werden. Die Magnesium-Komplexbildner-Kristalle haben sich erst nach dem Durchfließen der Papierbandfilter gebildet, wahrscheinlich als die Magnesium-Komplexbildnerhaltige Emulsion in dem Emulsionssammeltank zu Ruhe gekommen ist. Das Verhalten dieser Komplexbildner ist als insgesamt positiv beurteilt worden, und stellt eine hilfreiche Ergänzung zu Formulierungen für die Zerspanung von Magnesium.
Das toxikologisch als positiv zu bewertende umesterifizierte Rapsöl war mit manchen Lacksorten in den Versuchsmaschinen nicht auf Dauer verträglich. Nach 1 Woche Bis 4 Monaten sind ca. 20%, der Lacksorten, die an den Maschinen verwendet worden sind, angeqollen und haben sich von der Maschine abgelöst. Ähnliche Beobachtungen sind mit anderen Esterbasis Emulsionen zu beobachten. Die Ursache liegt darin, dass Werkzeugmaschinenhersteller Ester-Verträglichkeit bei der Auswahl von Lacksorten für Werkzeugmaschinen meistens nicht berücksichtigen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse dieses Projekts sind im Internet auf der Website http://www.wascut.de/produkte/magnesium zu finden. Wascut hat das beste Produkt Biowas Mg genannt und in das Verkaufsprogramm aufgenommen.


Fazit

Biowas Mg ist eine Emulsion für die Magnesiumbearbeitung, das relativ stabil bei der Zerspanung von Magnesium bleibt. Magnesiumkalk-Rückstände werden aufgelöst und in den Emulsionssammeltank befördert, wo sie sich als nadelförmige Kristalle absetzen. Beim Emulsionswechsel müssen diese Kristalle mechanisch entfernt werden. Das Basisöl in Biowas Mg ist ein umesterifiziertes Rapsöl. Es hat eine bessere Hautverträglichkeit als viele konventionelle Emulsionen.