CH635765A5 - Verfahren zur herstellung einer mehrteiligen giessform. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrteiligen Giessform, die vorteilhaft zum Giessen von Gegenständen verwendbar ist, die Teile unterschiedlicher Dicke aufweisen.

Wenn ein Gegenstand, der verhältnismässig dicke und dünne Bereiche hat, gegossen werden soll, können sich Schwierigkeiten dadurch ergeben, dass sich die verhältnismässig dünnen Bereiche des Gegenstandes bereits verfestigen, während sich die verhältnismässig dicken Bereiche des Gegenstandes noch im Schmelzzustand befinden. Dadurch können sich in den dicken Bereichen des Gegenstandes Defekte ausbilden. Diese Defekte können sich ungünstig auf die Betriebseigenschaften des Gegenstandes auswirken und zu einem vorzeitigen Ausfall bei Belastung führen. So weisen beispielsweise Turbinentriebwerke häufig eine drehbare Nabe auf, die mit radial abstehenden Flügeln bzw. Schaufeln einstückig gegossen sind. Die Nabe ist verhältnismässig dick, während die Schaufeln verhältnismässig dünn 5 sind. Beim einstückigen Giessen der Nabe und der Schaufeln können sich Schwierigkeiten dadurch ergeben, dass sich die Schaufeln bereits verfestigen, während sich der Nabenbereich noch im Schmelzzustand befindet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung ei-io nes Verfahrens zur Herstellung einer mehrteiligen Giessform, die der unterschiedlichen Erstarrungsneigung von verschieden dicken Bereichen des mit der Form herzustellenden Gegenstandes Rechnung tragen kann und insbesondere zum Giessen eines einstückigen Turbinentriebwerkteils mit Bereits chen verschiedener Dicke geeignet ist. Die erfindungsgemäs-se Lösung kennzeichnet sich durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Wie allgemein bekannt ist, verändert sich das Wärmeableitungsvermögen bzw. die Wärmeableitungsgeschwindigkeit 20 abhängig von der Wärmeleitfähigkeit, der spezifischen Wärme und der Dichte des Giessmaterials. Um nun die erfin-dungsgemäss geforderten, unterschiedlichen Wärmeableitvermögen bei einzelnen Teilen der Giessform zu erreichen, kann das Überziehen und Trocknen bei einem ersten Mo-25 dellteil zum Aufbau einer ersten Überzugsdicke mit einer ersten Anzahl von Wiederholungen der entsprechenden Arbeitsschritte und das Überziehen und Trocknen bei mindestens einem zweiten Modellteil zum Aufbau einer im Verhältnis zur ersten dünneren Überzugsdicke mit einer bezüg-30 lieh der ersten geringeren Wiederholungsanzahl durchgeführt werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass das erste Modellteil zur Herstellung des zugehörigen Überzugsteils in flüssiges keramisches Formmaterial einer ersten Zusammen-35 setzung und das zweite Modellteil zur Herstellung des zugehörigen Überzugsteils in ein flüssiges keramisches Formmaterial einer zweiten Zusammensetzung eingetaucht wird, die sich von der Zusammensetzung des ersten Formmaterials unterscheidet. Die Formmaterialien können dabei so ge-40 wählt werden, dass die daraus hergestellten Überzugsteile unterschiedliche spezifische Wärmeleitfähigkeit besitzen. Die Formteile, die dem verhältnismässig dicken Bereich eines Gussteils zugeordnet sind, sind vorzugsweise aus einer Masse hergestellt, die ein relativ hohes Wärmeableitungsver-45 mögen hat, damit die Erstarrung des dicken Bereichs des Gussteils beschleunigt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen gegossenen Verdichterrahmen eines Tur-50 boluftstrahltriebwerks,

Fig. 2 eine Giessform zum Giessen des in Fig. 1 dargestellten Verdichterrahmens des Turboluftstrahltriebwerks, Fig. 3 einen radialen Schnitt durch den in Fig. 2 dargestellten Giessform, der die Form der verschiedenen Ab-55 schnitte erkennen lässt,

Fig. 4 eine aufwärts gerichtete Teilansicht eines Nabenabschnittes der in Fig. 2 dargestellten Giessform, bei der zur weiteren Darstellung des abschnittsweisen Aufbaus der Form einige Formabschnitte entfernt sind,

6o Fig. 5 ein zur Bildung der Nabenbereiche der in Fig. 2 dargestellten Giessform verwendeten Modellteils,

Fig. 6 ein Strahltriebwerksteil mit einem relativ dicken Nabenbereich und relativ dünnen Schaufelabschnitten, Fig. 7 einen Teilschnitt eines Bereichs der Giessform mit 65 dickwandigen und dünnwandigen Formteilen und

Fig. 8 einen Teilschnitt durch einen Bereich der Giessform mit Formteilen, die aus unterschiedlichen Materialien bestehende Wände haben.

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In Fig. 1 ist ein Verdichterrahmen bzw. ein Eingangskanal 20 für ein Turboluftstrahltriebwerk dargestellt. Der Verdichterrahmen 20 für das Turboluftstrahltriebwerk weist eine ringförmige zentrale Nabe 22 auf, von der mehrere Streben 24 radial auswärts zu einem Aussenring 26 mit relativ grossem Durchmesser laufen. Wenn der Verdichterrahmen 29 in einem Turboluftstrahltriebwerk eingebaut ist, trägt die Nabe 22 ein Ende des Verdichterrotors. Die Streben 24 führen einen Luftstrom durch den Zwischenraum zwischen dem Aussenring 26 und der Nabe nach hinten zum Verdichter. Die hohlen Streben 24 werden zugleich auch zur Aufnahme von Leitungen und anderen (nichtdargestellten) Teilen verwendet, die von der Aussenseite des Aussenringes 26 zur Innenseite der Nabe 22 geführt sind. Da der Aussenring 26 einen verhältnismässig grossen Durchmesser hat, d.h. einen Durchmesser, der z.B. 1016 mm übersteigt, und da verhältnismässig geringe Abmessungstoleranzen bei der Herstellung eines Verdichterrahmens erforderlich sind, damit dieser in einem Turboluftstrahltriebwerk einwandfrei arbeitet, wurden bislang verhältnismässig grosse Verdichterrahmen durch Zusammenfügen einer grossen Anzahl von Gussteilen, Blecheinzelteilen und Schmiedeteilen hergestellt. Wenn auch in Fig. 1 nur ein Verdichterrahmen 20 für ein Turboluftstrahltriebwerk dargestellt ist, versteht es sich doch, dass die vorliegende Erfindung gleichermassen vorteilhaft auch zur Herstellung anderer Komponenten von Turbinentriebwerken brauchbar ist. Zu diesen anderen Triebwerkskomponenten gehören Diffusorgehäuse, Düsenringe, Schaufelanordnungen und Lagerträger.

Der Verdichterrahmen ist in einem Stück in einer in Formteile unterteilten Giessform 30 gegossen (siehe Fig. 2). Die Giessform 30 ist so aufgebaut, wie dies in der US-PS 4 066 116 offenbart ist, und umfasst mehrere Eingusstrichter 32, die in einem Nabenteil 34 angeordnet sind. Das Nabenteil 34 ist mit einem kreisförmigen Aussenringteil 36 durch mehrere radial verlaufende Streben 38 verbunden.

Wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist jeder der Eingusstrichter 32 unmittelbar medienleitend mit dem Nabenteil 34 durch die Eingusskanäle 42 verbunden. Das Nabenteil 34 wiederum ist mit dem Aussenringteil 36 durch die Streben 38 medienleitend verbunden. Obgleich die dargestellten Eingusskanäle 42 nur den Eingusstrichter 32 mit dem Nabenteil 34 verbinden, können dem Aussenringteil 36 gegebenenfalls auch noch zusätzliche Eingusskanäle und/oder Eingusstrichter zugeordnet werden. Beim Eingiessen einer Metallschmelze in die Eingusstrichter 32 fliesst diese in einen ringförmigen Nabenformhohlraum 46 (Fig. 3), die radial verlaufenden Strebenformhohlräume 48 und in einen kreisförmigen Aus-senringformhohlraum 50. Dadurch entsteht ein einteilig gegossener Verdichterrahmen 20 für ein Turboluftstrahltriebwerk mit einstückigem Aufbau.

Die Giessform 30 ist aus einer Vielzahl von Formteilen gebildet, die zur Herstellung der verschiedenen Formhohlräume 46,48, 50 miteinander verbunden sind. Obgleich die Giessform 30 für den Strahltriebwerks-Verdichterrahmen verhältnismässig gross ist, ist es durch ihren Aufbau aus einer Vielzahl kleiner Formteile möglich, jeden Formabschnitt exakt herzustellen. Die Formteile können dann in einen Halterahmen eingesetzt, zueinander exakt positioniert und dann zur Herstellung einer Einheit zementiert oder anderweitig miteinander verbunden werden.

Die verschiedenen Formteile sind so gestaltet, dass die, die verschiedenen Formhohlräume bildenden Flächen vor dem Aufbau der Giessform 30 leicht inspiziert werden können. Wenn während der Inspektion irgendwelche Fehler festgestellt werden, können die fehlerhaften Formteile entweder repariert oder durch exakt hergestellte Formteile ersetzt werden. Aus diesem Grund weist das Nabenteil 34 eine regelmässige kreisförmige Anordnung von Nabenformteil-platten 54 (Fig. 4) auf, die Hauptseitenflächen 56 haben, deren Form derjenigen der Bereiche einer ringförmigen Innenseitenfläche 58a (Fig. 1) der Nabe 22 des Strahltriebwerkver-s dichterrahmens entspricht. Eine zweite regelmässig kreisförmige Gruppierung von Nabenformteilplatten 58 ist radial auswärts der Nabenformteilplatten 54 (Fig. 4) angeordnet. Die Nabenformteilplatten 58 haben Hauptseitenflächen 60, deren Form derjenigen von Bereichen der Aussenfläche 64 io (Fig. 1) der Nabe 22 entspricht.

Mehrere Stirnwände 68 erstrecken sich zwischen den koaxialen, kreisförmigen Gruppen der Nabenformteilplatten 54 und 58 und verschliessen dabei die Oberseite des Naben-formhohlraums 46. In gleicher Weise wirken die unteren i5 Stirnwände 72 mit den unteren Randbereichen der Nabenformteilplatten 54 und 58 zusammen und schliessen dadurch die Unterseite des Nabenformhohlraums 46 ab (siehe Fig. 3 und 4). Die Formteile 54 und 58 können auch auf einem geeigneten Halterahmen in umgekehrter Lage zusammenge-20 setzt werden, so dass der Nabenbereich mit dem grösseren Durchmesser auf der Unterseite liegt.

Das Aussenringteil 36 der Giessform 30 ist weitgehend in der gleichen Weise aufgebaut wie das Nabenteil 34. Das Aussenringteil 36 weist daher eine regelmässige kreisförmige 25 Anordnung von Ringformteilplatten 76 (Fig. 2) auf, deren Innenflächen eine Form haben, die derjenigen der Bereiche einer ringförmigen inneren Seitenfläche 78 (Fig. 1) des Verdichterrahmens 20 entsprechen. Ausserhalb der kreisförmigen inneren Gruppierung von Ringformteilplatten 76 und 30 koaxial dazu ist eine zweite kreisförmige Gruppe von Ring-formteilplatten 82 (Fig. 2) angeordnet, die Innen- bzw. Formflächen aufweisen, welche der Form der Abschnitte der ringförmigen Aussenfläche 84 (Fig. 1) des Aussenringteils 26 entsprechen.

35 Die oberen und unteren Stirnbereiche der Ringformteilplatten 76 und 82 sind durch Verschlussklappen 88 und 90 (Fig. 3) miteinander verbunden. Letztere wirken mit den Ringformteilplatten 76 und 82 zusammen und verschliessen den Aussenringformhohlraum 50 in der gleichen Weise wie 40 dies zuvor bei den Stirnwänden 68 und 72 beschrieben worden ist. Die kreisförmige Gruppierung der Ringformteilplatten 76 und 82 umschliessen die kreisförmige Gruppierung der Nabenformteilplatten 54 und 58 koaxial.

Sowohl das Nabenteil 34 als auch das Aussenringteil 36 45 sind aus getrennten Formabschnitten hergestellt, so dass die zur Formung der Metallschmelze in dem ringförmigen Nabenformhohlraum 46 oder dem ringförmigen Aussenringformhohlraum 50 Flächen freiliegen und einer Sichtkontrolle zugänglich sind. Defekte Formteile können dann natürlich so entweder repariert oder ersetzt werden. Auf diese Weise ist die Herstellung qualitativ hochwertiger Gussteile möglich, die nur geringfügige oder überhaupt keine Ausbesserungen oder Nachbearbeitungen erfordern. Da der Verdichterrahmen 20 einstückig gegossen wird, können die sehr umfang-55 reichen Schweiss- und Lötarbeiten die bislang zur Herstellung grosser Strahltriebwerk-Verdichterrahmen nötig waren, entfallen.

Der relativ grosse Verdichterrahmen 20 wird zusammenhängend in einstückiger Form in einem Präzisions-Invest-6o mentguss bzw. einem Wachsausschmelzverfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren werden Wachsmodellteile, die eine den verschiedenen Formteilen entsprechende Gestalt haben, in eine Aufschlämmung eines keramischen Formmaterials eingetaucht. Nachdem die Modellteile zur Ausbildung einer 6: Überzugsschicht einer gewünschten Dicke wiederholt eingetaucht und getrocknet worden sind, werden der Überzug und das Modellteil auf eine Temperatur erhitzt, die zum Schmelzen des Wachsmodells ausreicht, so dass der Überzug

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von dem Modellteil befreit wird. Die Formteile können auch nach anderen Verfahren von dem Wachs der Modellteile befreit werden, beispielsweise durch die Verwendung von Lösungsmitteln oder Mikrowellenenergie. Zumindest ein Teil des feuchten Aufschlämmungsüberzugs wird von den Modellteilen abgestreift, so dass die verschiedenen Formteile leicht getrennt werden können, sobald das Modellteil aufgeschmolzen ist. Diese Formteile werden dann in einem geeigneten Halterahmen zur Herstellung der Giessform 30 gemäss Fig. 2 zusammengesetzt.

Zur Herstellung der Strebenformteile wird ein Modellteil (nichtdargestellt) verwendet, wie dies in der US-PS 4 066 116 beschrieben ist. Zur Herstellung der Nabenformteilplatten 54 und 58 (Fig. 3) und der Eingusskanäle 42 wird ein Modellteil 174 (Fig. 5) verwendet. Zur Herstellung der Aussen-ringformteilplatten 76 und 82 werden Modellteile verwendet, die in ihrer Form dem Modellteil 174 (Fig. 5) entsprechen, jedoch die Eingusskanäle nicht aufweisen. Dabei versteht es sich, dass die verfügbaren Modellteile auch aus anderen Materialien als Wachs hergestellt werden können, so kann beispielsweise auch ein Kunststoffmodellmaterial wie Polystyrol verwendet werden.

Zur Herstellung der Nabenformteilplatten 54 und 58 wird das Modellteil 174 wiederholt in eine flüssige Auf-schlämmung oder Trübe aus keramischem Formmaterial eingetaucht. Obgleich dabei viele verschiedene Arten solcher Aufschlämmungen benutzt werden können, enthält eine beispielhafte Aufschlämmung erschmolzene Kieselsäure, Zir-kon oder andere feuerfeste Materialien in Kombination mit Bindemitteln. Dabei können chemische Bindemittel wie Äthylsilikat, Natriumsilikat und kolloidale Kieselsäure verwendet werden. Zusätzlich kann die Aufschlämmung auch geeignete Filmbildner wie Alginate zur Steuerung der Viskosität und Befeuchtungsmittel zur Steuerung der Fliesseigenschaften und der Modellbefeuchtungsfahigkeit enthalten.

In der üblichen Weise enthält der zuerst auf das Modellteil aufgebrachte Aufschlämmungsüberzug sehr fein verteiltes feuerfestes Material zur Schaffung einer hohen Oberflächengüte. Eine für den ersten Überzug typische Aufschlämmung kann etwa 29% kolloidale Kieselsäuresuspension in Form eines 20-30%igen Konzentrats enthalten. Erschmolzene Kieselsäure einer Teilchengrösse von 325 mesh (US-Norm) oder kleiner kann in einer Menge von 71 % zusammen mit weniger als Vio Gewichtsprozent eines Befeuchtungsmittels verwendet werden. Das spezifische Gewicht der Aufschlämmung des keramischen Formmaterials kann generell in der Grössenordnung von 1,75 bis 1,80 liegen, wobei die Viskosität bei 40 bis 60 sec liegt, gemessen mit einer " Zahntasse Nr. 5 bei 24 Grad Celsius bis 29,5 Grad Celsius. Nach dem Aufbringen des ersten Überzugs ist die Oberfläche mit feuerfestem Material beschichtet, das eine Teilchengrösse im Bereich von 60 bis 200 mesh (US-Norm) hat.

Nach bekannten Verfahren wird jeder Überzug vor dem nachfolgenden Eintauchen getrocknet. Das Modellteil wird wiederholt und oft genug getaucht und getrocknet, so dass ein Überzug aus keramischem Formmaterial der erwünschten Dicke aufgebaut wird. In einem speziellen Fall wurde das Modellteil fünfzehnmal getaucht und dabei ein Überzug mit einer Dicke von etwa 10,2 mm aufgebaut, um eine fehlerhafte Ausbauchung der Form zu verhindern. Nach der Wachsentfernung werden die Formteile für eine Stunde bei einer Temperatur von etwa 1040 Grad Celsius gebrannt, damit sie durchgehend aushärten.

Zur Herstellung der gewünschten Formteilgestalt um-fasst das Modellteil 174 (Fig. 5) ein Hauptwandteil 176, das eine Bogenform mit einer Ringausdehnung von 60 Grad hat. Das Hauptwandteil 176 umfasst eine radial innenliegende

Hauptseitenfläche 178, deren Form derjenigen der Innenseitenfläche 58a (Fig. 1) der Nabe 22 entspricht. Eine radial aussenliegende Hauptseitenfläche 180 des Hauptwandteils 176 hat eine der Form der Aussenfläche 64 der Nabe 22 ent-5 sprechende Form. Es ist dabei festzustellen, dass auf der Innenseite der Wand 176 ein Vorsprung 184 vorgesehen ist, der eine Öffnung für einen zugeordneten Rippenabschnitt bildet. Entsprechend ist auf der gegenüberliegenden Seite der Wand ein Vorsprung (nichtdargestellt) hergestellt, der einen Ansatz io bzw. eine Basis zur Verbindung mit den Strebenformteilen bildet.

Da jede der Nabenformteilplatten 54 und 58 mit benachbarten Formteilen an Flanschstössen miteinander verbunden ist, sind an entgegengesetzt liegenden Enden des Haupt-15 wandteils 176 Modellflanschplatten 188 und 190 (Fig. 5) ausgebildet. Die Modell-Flanschplatten haben einwärts gerichtete Seitenflächenbereiche 192 und 194, die die ebenen Flanschflächen der Nabenformteilplatten 54 genau formen. In gleicher Weise haben die Modellflanschplatten 188 und 20 190 jeweils ein Paar nach aussen gerichteter Seitenflächenbereiche 198, von denen in Fig. 5 nur einer dargestellt ist, die die ebenen Flanschflächen der äusseren Nabenformteilplatten 58 genau formen. Die Modellflanschplatte 188 weist eine ebene, rechtwinklige Hauptseitenfläche 202 auf, die mit den 25 Seitenflächenbereichen 192 und 198 durch mehrere längsverlaufende Schmalseitenflächen 204,206,208,210 verbunden sind. Obgleich in Fig. 5 nur die Form der Modellflanschplatte 188 vollständig dargestellt ist, versteht es sich, dass die Modellflanschplatte 190 die gleiche Gestalt hat. Da-30 bei ist daraufhinzuweisen, dass die Hauptseitenfläche 202 und die Schmalseitenflächen 204,206,208 und 210 der Modellflanschplatte 188 keiner der Flächen der Nabenformteilplatten 54 und 58 entsprechen.

Da die Hauptseitenflächen 202 der Modellflanschplatten 35188 und 190 Bereichen der Nabenformteile nicht entsprechen, muss der Überzug aus keramischem Material dieser Modellflanschplatten von den Keramiküberzügen der Hauptseitenflächen 178 und 180 der inneren Seitenflächenbereiche 192,194 und 198 der Modellflanschplatten getrennt 40 werden. Zusätzlich muss das keramische Formmaterial, das über die innere Hauptseitenfläche 178 des Hauptwandteils 176 aufgebracht ist, von dem Keramikformmaterial getrennt werden, das über der äusseren Hauptseitenfläche 180 des Hauptwandteils 176 liegt.

45 Die Trennung des gehärteten keramischen Formmaterials, das die äusseren Hauptseitenflächen 202 der Modellflanschplatten 188 und 190 überzieht, von dem gehärteten keramischen Formmaterial, das die Hauptseitenflächen 178 und 180 der Plattenwand 176 überzieht, wird wesentlich so durch das Abstreifen des feuchten Überzugs auf den Schmalseitenflächen der Modellflanschplatten unmittelbar nach dem Eintauchen des Modellteils in die Aufschlämmung erleichtert. In gleicher Weise wird die Trennung des ausgehärteten keramischen Formmaterials, das die inneren und äus-55 seren Hauptseitenflächen 178 und 180 des Hauptwandteils 176 überzieht, durch das Abstreifen des feuchten Überzugs aus dem keramischen Formmaterial von den oberen und unteren schmalen Wandrändern 214 und 126 erleichtert, die zwischen den oberen und unteren Rändern der Hauptseiten-6o flächen 178 und 180 verlaufen.

Die Art, in der das Abstreifen des feuchten Überzugs aus keramischem Formmaterial erfolgt, das die verschiedenen Schmalseiten bzw. Randflächen des Modellteils 174 bedeckt, ist in der US-PS 4 066 116 beschrieben. Nachdem das Mo-65 dellteil 174 in eine flüssige Aufschlämmung aus keramischem Formmaterial eingetaucht worden ist, wird es durch einen Tragarm manuell über den Aufschlämmungstank angehoben. Zum Abstreifen des die Randflächen 120 der Modell

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flanschplatte 188 bedeckenden Aufschlämmungsüberzugs wird eine Metallklinge verwendet. Natürlich werden auch die anderen Schmalseitenflächen 204,206 und 208 der Modellflanschplatte 188 mit der Klinge abgestreift, um den feuchten Überzug aus keramischem Formmaterial zu entfernen, der diese Flächen bedeckt. Auf diese Weise wird der Teil des feuchten Überzugs aus dem keramischen Formmaterial, der die Hauptseitenfläche 202 bedeckt, von dem Überzug aus keramischem Formmaterial getrennt, der den verbleibenden Teil des Modellteils 174 bedeckt. Der feuchte Überzug aus dem keramischen Formmaterial wird dann von den Schmalseiten der Modellflanschplatte 190 abgestreift. Dadurch wird der Teil des Überzugs aus dem feuchten keramischen Formmaterial, der die Hauptseitenfläche der Modellflanschplatte 190 bedeckt, von dem feuchten Überzug aus keramischem Formmaterial getrennt, der den Rest des Modellteils 174 bedeckt.

Die Bereiche des Überzugs aus dem feuchten keramischen Formmaterial, die die Hauptseitenflächen 178 und 180 bedecken, werden voneinander getrennt. Dazu wird der Teil des feuchten Überzugs aus dem keramischen Formmaterial abgestreift, der die schmalen Seitenrandflächen 126 bedeckt. Schliesslich wird auch die obere Randfläche 124 des Modellteils 174 mit der Klinge abgestreift und damit die Entfernung des feuchten Überzugs aus dem keramischen Formmaterial von den Verbindungsflächen des Modellteils 174 abgeschlossen.

Es ist festzustellen, dass die vorangehend beschriebenen Abstreifschritte den feuchten Überzug aus keramischem Formmaterial, der das Modellteil 174 bedeckt, in eine Vielzahl einzelner Segmente aufteilen, die jeweils von dem benachbarten Segment durch einen Abstreifbereich getrennt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung entsprechen zwei der Segmente des feuchten Tauchüberzugs zwei Formteilen. Somit entspricht das Segment des feuchten Tauchüberzugs, das die innere Hauptseitenfläche 178 des Modells bedeckt, einer Nabenformteilplatte 54 und das Segment des feuchten Tauchüberzugs, das die äussere Hauptseitenfläche 180 des Hauptwandteils 176 bedeckt, der Nabenformteilplatte 58. Die feuchten Tauchüberzugsegmente, die die äusseren Hauptseitenflächen der Modellflanschplatten 188 und 190 bedecken, entsprechen keinem der Formteile.

Da das Modellteil 174 wiederholt eingetaucht wird, wird auch jeder feuchte Überzug in der zuvor erläuterten Weise abgestreift und dann getrocknet. Dies führt zur Bildung eines mehrschichtigen Mantels aus keramischem Formmaterial auf dem Modell. Dieser Mantel bzw. Überzug aus keramischem Formmaterial ist in den Bereichen, die über den abgestreiften Modellflächen liegen, scharf unterbrochen. Durch die abgestreifte schmale Flanschfläche 204 der Modellflanschplatte 188 ist ein Überzug 218 aus dem keramischen Formmaterial, der die Schmalseitenfläche 202 der Flanschplatte bedeckt, von einem Überzug 220 getrennt, der die innere Seitenfläche 198 des inneren Modellflanschplatte 188 und die Hauptseitenfläche 178 des Hauptwandteils 176 bedeckt. Wenn das Wachsmodell ausgeschmolzen ist, wird der getrocknete Überzug 128 aus keramischem Formmaterial, der der Hauptseitenfläche 202 des Modells aufliegt, von dem getrockneten Überzug 220 aus keramischem Formmaterial getrennt, der den Seitenflächenbereich 198 und die Hauptseitenfläche 178 bedeckt. Entsprechend wird ein Überzug 224 aus getrocknetem keramischem Formmaterial, der den Seitenflächenbereich 198 sowie die Hauptseitenfläche 180 des Modells bedeckt, von dem Überzug 128 getrennt, der die Hauptseitenfläche 202 der Flanschplatte des Modells bedeckt.

Fig. 6 zeigt ein Bauteil 280 eines Turbinentriebwerks, der eine verhältnismässig dicke Nabe 282 aufweist, von der relativ dünne Turbinenschaufeln 284 radial abstehen. Die Nabe 282 und die Turbinenschaufeln 284 sind in einem Stück zusammenhängend gegossen. Während des Giessvorgangs neigen die relativ dünnen Turbinenschaufeln 284 zum Erstarren, bevor die relativ dicke Nabe 282 erstarrt. Wenn man zu-lässt, dass die Nabe 282 noch im Schmelzzustand verbleibt, nachdem die Turbinenschaufeln bereits erstarrt sind, können in der Nabe Fehler auftreten. Alle in der Nabe 282 entstehenden Fehler schaden naturgemäss der Festigkeit. Obgleich viele verschiedene Arten von Fehlern bei unterschiedlichen Metallen auftreten können, handelt es sich bei den meisten zu beseitigenden Fehlerri um Mikroporosität und Einschlüsse. Hinzu kommt, dass durch die Steuerung der Wärmeableitungsgeschwindigkeit auch das Kristallgefüge und die Kristallgrösse steuerbar ist.

Obgleich das Bauteil 280 in Fig. 6 mit Schaufeln 284 dargestellt ist, denen kein Aussenring bzw. Aussenmantel entsprechend dem Aussenring 26 des in Fig. 1 dargestellten Verdichterrahmens 20 zugeordnet ist, ist dennoch vorgesehen, dass auch dem Bauteil 280 ein solcher Aussenring zugeordnet werden kann. Wenn dies erfolgt ist, kann der Aussenring nach den Schaufeln 284 und vor der Nabe 282 erstarren, wobei Fehler sowohl in der Nabe als auch in dem Aussenring auftreten können.

Das Bauteil 280 wird in einer Giessform 288 gegossen, von der ein Teil in Fig. 7 dargestellt ist. Die Form 288 ist aus mehreren Formteilen hergestellt, die zur Ausbildung verhältnismässig kleiner Hohlräume miteinander verbunden sind, in denen die Turbinenschaufeln 284 gegossen werden, sowie zur Herstellung verhältnismässig grosser Hohlräume, in denen die Nabe 282 gegossen wird. Die verschiedenen Formteile sind in der gleichen Weise miteinander verbunden, wie dies zuvor in bezug auf die Giessform 30 erläutert worden ist.

Die Giessform 288 umfasst Teile mit unterschiedlichem Wärmeableitungsvermögen. Daher hat ein Formteil 290, in dem eine Turbinenschaufel 284 gegossen wird, ein verhältnismässig geringes Wärmeableitungsvermögen, während ein Formteil 294, in dem die Nabe 282 gegossen wird, ein verhältnismässig grosses Wärmeableitungsvermögen hat. Das unterschiedliche Wärmeableitungsvermögen führt zu einer Förderung des Erstarrungsvorgangs der relativ dicken Nabe 282 und zu einer Verzögerung des Erstarrungsvorgangs der relativ dünnen Schaufeln 284. Dadurch wird die Neigung zur Entstehung von Defekten in der Nabe bei deren Erstarrung minimal.

Es ist vorgesehen, dass das unterschiedliche Wärmeableitungsvermögen der Formteile 290 und 294 auf unterschiedliche Weise erreicht werden kann. Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform hat der Schaufelformteil 290 eine relativ grosse Wandstärke, wodurch die Wärmeableitung von den relativ dünnen Schaufeln 284 verlangsamt wird. Der Nabenformteil 294 hat demgegenüber eine relativ geringe Wandstärke, so dass die Wärme von der relativ dik-ken Nabe 282 schnell abgeleitet werden kann.

Die verschiedenen Wandstärken der Formteile werden dadurch erreicht, dass die zugehörigen Modelle unterschiedlich oft in eine Aufschlämmung aus flüssigem keramischem Formmaterial eingetaucht werden. So wird ein Wachs- oder Kunststoffmodell mit der einer Einzelschaufel 284 entsprechenden Form verhältnismässig oft in die Aufschlämmung aus dem keramischen Formmaterial eingetaucht, beispielsweise zwölfmal, um einen verhältnismässig dicken Aufbau des keramischen Formmaterials über dem Modell zu schaffen. Jedesmal, wenn das Schaufelmodell eingetaucht worden ist, wird es in der zuvor beschriebenen Weise abgestreift, damit das keramische Formmaterial von dem Bereich, an dem

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eine Verbindungsstelle zwischen den Formteilen 290 und 294 vorgesehen ist, entfernt wird. Die relative dicke Wand des Schaufelformteils 290 hat ein verhältnismässig geringes Wärmeableitungsvermögen und neigt dazu, die Schaufel im Schmelzzustand zu halten, während die Nabe bereits erstarrt.

Zur Förderung der Erstarrung der Nabe hat der Formteil 294 eine verhältnismässig dünne Wandstärke. Die relativ dünne Wandstärke des Formteils 294 wird dadurch erreicht, dass das Nabenmodell nur relativ wenige Male in die flüssige Aufschlämmung aus keramischem Formmaterial eingetaucht wird. So wurde das dem Formteil 294 zugeordnete Nabenmodell nur sechsmal für den Aufbau eines verhältnismässig dünnen Überzugs aus keramischem Formmaterial eingetaucht. Der dünnwandige Nabenformteil 294 und viele dickwandige Schaufelformteile 290 werden dann in der zuvor beschriebenen Weise zum Aufbau einer Form miteinander verbunden, in der das Bauteil 280 gegossen wird.

Der dünnwandige Nabenformteil ist im Hinblick auf die Isolierung der Nabe nicht so wirksam wie die verhältnismässig dickwandigen Schaufelformteile 290. Die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit von der Nabe ist daher grösser als die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit von den Schaufeln, so dass die Erstarrung der Nabe gleichzeitig mit der Erstarrung der Schaufeln fortschreitet. Die Wärmeübertragung von der Nabe kann ausserdem noch dadurch gefördert werden, dass die Giessform 288 in einen Behälter mit Stahlschrot od.dgl. im Bereich des Nabenformteils 294 eingelegt wird, wodurch eine Wärmesinke hergestellt wird.

Es ist auch vorgesehen, dass die Formteile mit unterschiedlichem Wärmeableitungsvermögen aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden können. Das Modell für einen Schaufelformteil 298 (Fig. 8) wird dazu in eine Aufschlämmung aus kolloidaler Kieselsäure eingetaucht, in der Zirkon suspendiert ist. Der dadurch entstehende Mantel aus keramischem Formmaterial wird dann mit einem Mörtel aus erschmolzener Kieselsäure überzogen, die eine Teilchengrös-se im Bereich von 60 bis 20 mesh (US-Norm) aufweist. Dieser feuchte Überzug wird dann getrocknet. Nach wiederholtem Eintauchen, Beschichten und Trocknen wird der dann entstehende Überzug bzw. Mantel von dem Modell getrennt und ein keramischer Formteil in der zuvor beschriebenen Weise hergestellt.

Ein Nabenformteil 304 wird mit Hilfe eines Modells hergestellt, das die Form der Nabe 282 hat und in eine Aufschlämmung aus kolloidaler Kieselsäure eingetaucht wird, das die gleiche Zusammensetzung hat wie die entsprechende Aufschlämmung, in die das Schaufelmodell eingetaucht wurde. Der feuchte Überzug aus keramischem Formmaterial auf dem Nabenmodell wird dann jedoch mit Zirkon beschichtet. Der feuchte Überzug aus mit Zirkon beschichteter Kieselsäure wird dann getrocknet. Nach wiederholtem Eintauchen, Beschichten und Trocknen wird der dadurch entstehende Überzug dann von dem Modell getrennt. Aufgrund der Zirkon-Beschichtung erhält der Nabenformteil ein Wärmeableitungsvermögen, das grösser ist als das Wärmeableitungsvermögen des Schaufelformteils 298, der durch einen Überzug aus einer feuchten Aufschlämmung aus Kieselsäure besteht, die mit erschmolzener Kieselsäure beschichtet ist. Natürlich können auch andere Beschichtungsmaterialien mit einem verhältnismässig hohen Wärmeableitungsvermögen im Bedarfsfall verwendet werden.

Die beiden Formteile 298 und 304 sind an ihren Stoss-stellen in der Weise miteinander verbunden, wie dies zuvor bereits im Hinblick auf die Giessform 30 beschrieben worden ist. Das führt zu einer Giessform 306 mit einem Nabenformteil 304, das ein relativ hohes Wärmeableitungsvermögen hat, und mit einem Schaufelformteil 298, das ein relativ geringes Wärmeableitungsvermögen hat. Obgleich dabei die Formteile 298 und 304 die gleiche Dicke haben, ist es auch möglich, diese mit unterschiedlicher Dicke herzustellen, s wozu die zugehörigen Modelle verschieden oft mit der Aufschlämmung aus keramischem Material und dem Beschich-tungsmaterial überzogen werden.

Unter gewissen Bedingungen kann es wünschenswert sein, beide Formteile aus vollständig verschiedenen Materi-lo alien herzustellen. Dies kann durch das wiederholte Eintauchen des Nabenmodells in eine Aufschlämmung aus keramischem Formmaterial mit hohem Wärmeableitungsvermögen erfolgen. Das Schaufelmodell kann demgegenüber wiederholt in eine Aufschlämmung aus einem anderen keramischen 15 Formmaterial getaucht werden, das ein geringes Wärmeableitungsvermögen hat. So kann beispielsweise ein einem dik-ken Teil eines herzustellenden Gegenstandes zugeordnetes Modell in eine Aufschlämmung eingetaucht werden, die einen Zirkonzusatz hat, während das andere Modell in eine 20 Aufschlämmung eingetaucht wird, die einen Zusatz aus gebranntem Silikat hat.

Ein anderer Weg zur Steuerung der Wärmeableitungsgeschwindigkeit der Formteile ist deren Ausbildung mit unterschiedlicher Porosität. Der Schaufelformteil kann dabei aus 25 verhältnismässig porösem Material hergestellt werden, um die Wärmeableitung zu verzögern. Der Nabenformteil wird dann demgegenüber aus verhältnismässig dichtem Material hergestellt, um die Wärmeableitung zu fördern.

Anhand der vorangehenden Ausführungen wird deut-30 lieh, dass die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Formaufbaus schafft, das Teile mit unterschiedlichem Wärmeableitungsvermögen hat. Der Formaufbau umfasst mehrere miteinander verbundene Teile. Die Teile des Formaufbaus, in denen relativ dünne Berei-35 che des herzustellenden Gegenstandes gegossen werden, haben dabei ein geringeres Wärmeableitungsvermögen als diejenigen Teile des Formaufbaus, in denen relativ dicke Bereiche des herzustellenden Gegenstandes gegossen werden. Im Bedarfsfall kann die Form natürlich auch so aufgebaut wer-40 den, dass der Formteil, in dem der dünne Bereich eines Gegenstandes gegossen wird, ein hohes Wärmeableitungsver-mögen hat, während der Formteil, in dem der dicke Bereich des Gegenstandes gegossen wird, nur ein geringes Wärmeableitungsvermögen hat.

45 Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das unterschiedliche Wärmeableitungsvermögen dadurch erreicht, dass die Giessform 288 mit Wänden unterschiedlicher Dicke ausgebildet ist. Dabei ist ein relativ dünnwandiger Teil 294 zur Ausbildung eines Formteils vorgesehen, in dem ein dik-50 ker Nabenteil des herzustellenden Gegenstandes gegossen wird. Dickwandige Formteile 290 werden demgegenüber zur Herstellung von Formhohlräumen verwendet, in denen die dünnen Schaufelteile des herzustellenden Gegenstandes gegossen werden. Bei einer anderen Ausführungsform der Er-55 findung ist die Zusammensetzung der Formteile verschieden, um unterschiedliche Wärmeableitungsbedingungen zu schaffen. Der Formteil 304, der dem verhältnismässig dicken Nabenteil des Gussstückes zugeordnet ist, wird dabei aus einer Substanz ausgebildet, die ein verhältnismässig hohes Wär-6o meableitungsvermögen hat, um die Erstarrung des Nabenteils des Gussstücks zu fördern. Die Schaufelformteile 298 sind demgegenüber aus einem Material hergestellt, das ein verhältnismässig niedrigeres Wärmeableitungsvermögen hat, um die Erstarrung der Schaufeln zu verzögern. 65 Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführungen nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung, in deren Rahmen noch mancherlei Änderungen möglich sind.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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1. Verfahren zur Herstellung einer mehrteiligen Giessform, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere getrennte, verlorene Modellteile hergestellt werden, die jeweils einen Oberflächenbereich haben, dessen Form einem Teil eines Oberflächenbereichs eines Gussteils entspricht, dass die verlorenen Modellteile wenigstens teilweise mit einem feuchten Überzug aus keramischem Formmaterial versehen werden, der auf den Modellteilen getrocknet wird, und dass das Überziehen und Trocknen solange wiederholt wird, bis auf den Modellteilen ein Überzug vorgegebener Dicke entstanden ist, wobei zur Erzielung einer im wesentlichen gleichen Verfestigungszeit des Gussmaterials in den einzelnen Teilen der Giessform ein erstes Modellteil wenigstens teilweise mit einem ersten Überzugsteil (290) versehen wird, das ein erstes Wärmeableitungsvermögen besitzt, während ein zweites Modellteil wenigstens teilweise mit einem zweiten Überzugsteil (294) versehen wird, das ein zweites Wärmeableitungsvermögen aufweist, welches grösser ist als dasjenige des ersten Überzugteils, und dass schliesslich die Überzugsteile von den Modellteilen getrennt und zur wenigstens teilweisen Ausbildung einer Giessform mit Bereichen unterschiedlichen Wärmeableitungsvermögens miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überziehen und Trocknen bei einem ersten Modellteil zum Aufbau einer ersten Überzugsdicke mit einer ersten Anzahl von Wiederholungen der entsprechenden Arbeitsschritte und das Überziehen und Trocknen bei mindestens einem zweiten Modellteil zum Aufbau einer im Verhältnis zur ersten dünneren Überzugsdicke mit einer bezüglich der ersten geringeren Wiederholungsanzahl durchgeführt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Modellteil zur Herstellung der zugehörigen Überzugsteile (290 bzw. 294) in flüssiges, keramisches Formmaterial gleicher Zusammensetzung eingetaucht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,__dass das erste Modellteil zur Herstellung des zugehörigen Überzugsteils (290) in flüssiges keramisches Formmaterial einer ersten Zusammensetzung und das zweite Modellteil zur Herstellung des zugehörigen Überzugsteils (294) in ein flüssiges keramisches Formmaterial einer zweiten Zusammensetzung eingetaucht wird, die sich von der Zusammensetzung des ersten Formmaterials unterscheidet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsteile (290,294) aus keramischen Formmaterialien mit unterschiedlicher spezifischer Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden.