Geschmiert auf Draht Neue Schmiermittel erweitern Grenzen der Kaltumformung von Metallen

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Fraunhofer-Institut für angewandte Polymerforschung

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Am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) untersucht man die postive Wirkung von Polyschmiermitteln auf die Drahtherstellung.

Metalle können mittels Kaltumformung zu Drähten verarbeitet werden, doch das ist ein äußerst aufwändiges Verfahren, sagen die IAP-Forscher. Die dafür nötigen Schmiermittel erfüllen außerdem oft nicht die Anforderungen der Endverarbeiter. Im Rahmen des KMU-innovativ-Projekts „Polyschmierung“ haben fünf Partner aus Industrie und Forschung deshalb eine neue Klasse von Polymerschmiermitteln entwickelt. Sie sollen den Umformprozess deutlich umweltfreundlicher und wirtschaftlicher machen. Auch werden die neuartigen Schmiermittel bereits industriell mit Erfolg eingesetzt, wie das IAP betont. Gefördert wurde das Projekt mit rund 680.000 Euro. Und zwar durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF über den Projektträger Karlsruhe (PTKA).

Die Problemlage beim herkömmlichen Drahtziehen

Metallfedern, Drahtgitter oder Nägel sind Produkte, die letztendlich durch den Kaltumformprozess des Drahtziehens ihren Ursprung haben – ein Verfahren, das mit einer intensiven Vor- und Nachbehandlung und hohem Aufwand verbunden ist. Bei dieser Kaltumformung von Metallen wird ein zuvor warmgewalzter, bis zu 50 Millimeter dicker Draht durch eine Reihe von Ziehsteinen gezogen, die immer kleiner werdende Öffnungen haben. Dabei wird das Metall langgezogen und sein Durchmesser kontinuierlich verringert, erklären die Forscher. Schmier- oder Ziehmittel spielen dabei eine entscheidende Rolle. Denn diese haben die Aufgabe, die Reibung zu reduzieren, die Wärmeentwicklung zu minimieren, vor Korrosion zu schützen, die Umformbarkeit zu verbessern und die Lebensdauer der Ziehsteine zu verlängern. Vor dem Auftragen des Schmiermittels muss das Ausgangsmetall jedoch auch noch intensiv behandelt und eine Trägerschicht aufgebracht werden. Die Trägerschicht muss aber später wieder entfernt werden. Das kostet und raubt Zeit und ist auch noch umweltbelastend, weil das mit chemischen Mitteln geschieht. Häufig erfüllt das bisherige Sortiment an Schmiermitteln auch nicht die Anforderungen, wie oben schon erwähnt. Der Grund sei, dass zusätzlich zum erheblichen Aufwand es beispielsweise zum Kaltverschweißen der Drähte führen kann, wenn die Vorbehandlung und das Ziehmittel nicht wirklich funktionierten.

Besser schmiert es sich mit nachhaltigen Polymersystemen

Im Rahmen des Projekts haben die Forscher nun in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern, die täglich mit solchen Herausforderungen konfrontiert sind, innovative Schmiermittel auf Polymerbasis entwickelt. Die Anforderungen an das neue Schmiermittel waren allerdings hoch, geben die Experten zu. Es sollte etwa aus umweltfreundlichen, wasserlöslichen Polymeren bestehen und den Behandlungsaufwand vor dem Ziehen reduzieren. Trotz dünnerer Schichten auf dem Metall, sollte es effizienter den reibungsbedingten Energieverlust mindern und so den begleitenden Werkzeugverschleiß erheblich minimieren. Die am IAP entwickelten Polymere erfüllen all diese Voraussetzungen, wie das Team betonen kann. Sie werden dazu direkt, also ohne aufwändige Vorbehandlung, auf das Metall aufgetragen. Weil sie wasserlöslich sind, können sie im Nachgang leicht mit einem schonenden Lösemittel auf Wasserbasis entfernt werden. Diese neue Klasse aus Polyschmiermitteln trägt den abgekürzten Namen HPPL (High Performance Polymer Lubricant).

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