KMU-innovativ Wasserbasierte multifunktionale Polymerschmierstoffe zum hocheffizienten und umweltfreundlichen Umformen von Metallen (Polyschmierung)

Problemstellung
Für eine Kaltumformung von Metallen sind Schmiermittel, wie Öl oder Ziehseife, notwendig. Vor dem Aufbringen des Schmiermittels muss das meist warmgewalzte Ausgangsmaterial intensiv behandelt werden, da die derzeitigen Schmiermittel fast alle eine Trägerschicht, beispielsweise Kalk oder Salz, benötigen. Diese Schicht muss zum Teil später mit hohem Aufwand wieder von den Bauteilen entfernt werden. Das Sortiment der Schmiermittel, die in der Kaltumformung Anwendung finden, ist sehr umfangreich. Es erfüllt aber häufig nicht die Anforderungen der Endverarbeiter, wie Schrauben- oder Federnwerke. Grund dafür sind Restanhaftungen von Trägerschicht oder Schmiermittel, die bei der Weiterverarbeitung stören und beispielsweise zur Versprödung des Metalls führen können.

Ziel
Im Rahmen des KMU-innovativ-Projektes Polyschmierung wird eine neue Klasse von Polymerschmierstoffen für die Kaltumformung von Drähten entwickelt. Die Schmiermittel sollen aus umweltfreundlichen, wasserlöslichen Polymeren bestehen. Trotz dünnerer Schmiermittelschichten auf dem Metall sollen sie effizient die reibungsbedingte Energiedissipation reduzieren und so den begleitenden Werkzeugverschleiß erheblich verringern. Dadurch kann der Aufwand sowohl bei der Vorbehandlung des Ausgangsmaterials als auch bei der Reinigung der Produkte deutlich verkleinert werden.

Vorgehensweise
Das Konzept der neuartigen wasserbasierten Polymerschmierstoffe beruht auf Polymeren mit unterschiedlich funktionalisierten Seitenketten. Hydrophile, hydrophobe und komplexbildende Einfachbausteine, sogenannte Monomere, werden durch Verkettung zu einem Polymer synthetisiert. Durch die Wahl der Seitenketten können die Wasser- bzw. Öllöslichkeit des Polymers abhängig von der Temperatur sowie die Hafteigenschaften auf der Metalloberfläche eingestellt werden. Zunächst werden im Labormaßstab Polymere aus hochreinen Ausgangsstoffen synthetisiert und ihre Eigenschaften analysiert. Dabei sind auch die Prozessbedingungen bei der Polymersynthese wichtig. Danach wird die Polymerproduktion unter Verwendung von technischen Ausgangsstoffen schrittweise auf Pilotmaßstab erhöht. Mit den erhaltenen Schmierstoffen werden umfangreiche Beschichtungs- und Umformversuche durchgeführt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Durch den Einsatz der neuen wasserbasierten Polymerschmierstoffe wird der Prozess der Kaltumformung insgesamt wirtschaftlicher und deutlich umweltfreundlicher. In Deutschland gibt es etwas mehr als 40 Eisen- und Stahldrahtziehereien und nochmals etwa 120 Verarbeiter, die die Ziehprozesse zum Teil im eigenen Hause durchführen und direkt von einem neuartigen Polymerschmiermittel profitieren. Allein hier erscheint ein Einsparpotenzial von deutlich mehr als 10 Million Euro p.a. möglich. Außerdem ist denkbar, die neue Schmiermittelklasse auch in weiteren Metallumformungs- und Metallbearbeitungsbereichen, wie beispielsweise dem Rohrzug und der Kaltmassivumformung (Pressen), zu verwenden.

• Chemische Fabrik Wocklum Gebr. Hertin GmbH & Co. Kommanditgesellschaft
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Friedr. Brüninghaus & Söhne GmbH & Co. Kommanditgesellschaft
• Fröndenberger Drahtwerk GmbH
• STAKU Anlagenbau GmbH