DE102014207791A1

DE102014207791A1 - Verfahren zum Feingießen von metallischen Bauteilen

Info

Publication number: DE102014207791A1
Application number: DE102014207791.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Gindorf; Stefan Krause; Oliver Lüsebrink
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2015-10-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feingießen von metallischen Bauteilen (1), insbesondere von Turbinenschaufeln, nach dem Wachsausschmelzverfahren, bei welchem zwischen Formschalen mit einem darin positionierten, zur Ausbildung eines Hohlraums in dem metallischen Bauteil vorgesehenen Keramikkern (3) durch Einpressen einer Wachsmasse ein Wachsmodell geformt, nach dem Entfernen der Formschalen an der Außenfläche des Wachsmodells in einem Tauch- und Besandungsprozess eine keramische Gießform erzeugt wird, die nach dem Ausschmelzen der Wachsmasse gebrannt wird, wobei der zwischen dem Keramikkern und der Gießform gebildete Raum anschließend mit einer Metallschmelze ausgegossen wird, um das metallische Bauteil (1) zu erzeugen, und der Keramikkern (3) aus dem Bauteil (1) entfernt wird, wobei der Keramikkern (3) aus einem keramischen Kernmaterial hergestellt wird, welches unter Druck und Temperatur in eine Kernform eingebracht und zum Keramikkern gesintert wird, wobei in der Kernform vor dem Einbringen des keramischen Kernmaterials Verstärkungselemente (4) und/oder Auswaschelemente (5), die gegenüber dem keramischen Kernmaterial ein verbessertes Auswaschverhalten aufweisen, positioniert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feingießen von metallischen Bauteilen, insbesondere von Turbinenschaufeln, nach dem Wachsausschmelzverfahren, bei welchem zwischen Formschalen mit einem darin positionierten, zur Ausbildung eines Hohlraums in dem metallischen Bauteil vorgesehenen Keramikkern durch Einpressen einer Wachsmasse ein Wachsmodell geformt, nach dem Entfernen der Formschalen an der Außenfläche des Wachsmodells in einem Tauch- und Besandungsprozess eine keramische Gießform erzeugt wird, die nach dem Ausschmelzen der Wachsmasse gebrannt wird, und der zwischen dem Keramikkern und der Gießform gebildete Raum anschließend mit einer Metallschmelze ausgegossen wird, um das metallische Bauteil zu erzeugen, und der Keramikkern aus dem Bauteil entfernt wird, wobei der Keramikkern aus einem keramischen Kernmaterial hergestellt wird, welches unter Druck und Temperatur in eine Kernform eingebracht und zum Keramikkern gesintert wird.
Es ist bekannt, Turbinenschaufeln durch Feinguss nach dem Wachsausschmelzverfahren zu fertigen. Beim Wachsausschmelzverfahren wird aus einem Urmodell zunächst ein Modell aus speziell geeigneten Wachsen oder ähnlichen Thermoplasten oder deren Gemischen z.B. im Spritzgussverfahren hergestellt. Die Modelle werden dabei in Einfach- oder Mehrfachwerkzeugen gespritzt, wobei die Werkzeuge in der Regel aus Aluminium oder Stahl bestehen. Eine andere Möglichkeit der Herstellung der Modelle bildet der Einsatz von Technologien des Rapid Prototypings. In jedem Fall handelt es sich um verlorene Modelle aus einem schmelzfähigen, vergasbaren oder in einer Flüssigkeit lösbaren Modellwerkstoff.
In einem nächsten Schritt werden die mit einem Gießsystem versehenen Wachsmodelle zu Modelltrauben zusammengefügt und danach in einem mehrfachen Tauch-Übersandungsprozess mit einem feuerfesten Material ummantelt. Dabei wird die Modelltraube in einen sogenannten Schlicker getaucht, bei dem es sich um eine keramische Masse zur Herstellung einer Formschale aus einem feuerfesten Mehl als Formgrundstoff und beispielsweise Ethylsilicat als Bindemittel handelt. Die mit Schlicker benetzte Traube wird anschließend mit Sand berieselt, oder die Modelltraube wird in ein durch Druckluft fluidisiertes Sandbett getaucht. Das Tauchen und Sanden wird so oft wiederholt, bis die Formschale die notwendige Stabilität zum Abguss erreicht hat. Die Wachsmodelle werden anschließend bei etwa 150°C in speziellen Ausschmelzöfen wie beispielsweise Autoklaven ausgeschmolzen, und im Anschluss daran wird die zurückbleibende Form aus feuerfestem Material zu einer keramischen Gießform bei etwa 750°C bis 1200°C gebrannt. Die gebrannten Formen können zur Herstellung der gewünschten Bauteile direkt mit flüssigem Metall vergossen werden. Nach dem Erstarren des Metalls werden die keramischen Gießformen zerstört.
Mit dem Feingießen können komplizierte Gussteile aus unterschiedlichen metallischen Stoffen, insbesondere auch Turbinenschaufeln, präzise und mit hoher Oberflächenqualität gefertigt werden. Nach dem Entformen werden die hergestellten Gussteile durch Putzen, Schleifen, Strahlen sowie eine Wärmebehandlung und Richten nachbearbeitet.
Aus der US 2004/0055736 A1 ist bekannt, hohle Turbinenschaufeln mit darin ausgebildeten Kühlkanälen nach dem Feingießverfahren herzustellen. Dabei wird ein keramischer Kern mit Wachs umspritzt und anschließend um die Wachsschicht herum durch wiederholtes Tauchen in eine keramische Masse mit einem Bindemittel und Besanden eine keramische Gießform gebildet. Diese wird nach dem Entfernen des Wachses gebrannt. Der durch das Ausschmelzen des Wachses zwischen dem Keramikkern und der keramischen Gießform verbleibende freie Raum wird zur Bildung der Turbinenschaufel mit geschmolzenem Metall ausgegossen. Nach dem Ausgießen und Erstarren des Materials werden der Keramikkern und die keramische Gießschale zerstört und entfernt. Das Entfernen des Keramikkerns zur Freilegung der Hohlräume in dem Gussstück erfolgt durch Auswaschen mit Hilfe von Laugen, Säuren, Salzen und anderen Flüssigkeiten.
Das Herstellen von Turbinenschaufeln mittels Feingießen hat sich in der Praxis durchaus bewährt. Die Forderung nach immer dünnwandigeren Bauteilen und damit strukturell feineren Geometrien bringt jedoch hohe Anforderungen an die Herstellung der Keramikkerne mit sich, die entsprechend dünnwandige Bereiche besitzen müssen. Dies macht den Einsatz von sehr feinkörnigen Keramikmaterialien erforderlich, die jedoch nicht für eine hinreichende Kernstabilität bei der Kernherstellung und dem anschließenden Gießen sorgen können. Aus diesem Grund ist die Ausschussrate bei der Herstellung der Keramikkerne und beim späteren Gießen der Bauteile deutlich höher als bei herkömmlichen Verfahren. Weiterhin müssen nach dem Abgießen der Bauteile die Keramikkerne aus den metallischen Bauteilen durch entsprechende Auswaschflüssigkeiten, die Säuren oder Laugen enthalten, in Autoklaven entfernt werden. Dies ist in geometrisch sehr filigranen Bereichen des Keramikkerns nur schwer oder gar nicht möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Feingießen von metallischen Bauteilen der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass auch Bauteile mit sehr feinen geometrischen Strukturen hergestellt werden können. Insbesondere soll die Ausschussrate bei der Herstellung von Keramikkernen verringert und deren Entfernung aus den gegossenen Bauteilen erleichtert werden.
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in der Kernform vor dem Einbringen des keramischen Kernmaterials Verstärkungselemente und/oder Auswaschelemente, die gegenüber dem Kernmaterial ein verbessertes Auswaschverhalten aufweisen, positioniert werden.
Der Erfindung liegt somit die Überlegung zugrunde, in den Keramikkernen Verstärkungselemente vorzusehen, welche die Keramikkerne verstärken, um die Bruchgefahr des spröden und feinkörnigen Keramikmaterials herabzusetzen. Hierzu werden die Verstärkungselemente in die Kernform eingebracht, welche dann von dem keramischen Kernmaterial ummantelt werden, wenn dieses unter Druck und Temperatur in die Kernform eingebracht und zum Keramikkern gesintert wird. Die Verstärkungselemente können beispielsweise aus Al₂O₃ (Korund) bestehen oder Al₂O₃ aufweisen. Alternativ ist es möglich, Verstärkungselemente zu verwenden, die aus SiO₂ bestehen oder SiO₂ aufweisen. Ebenso können die Verstärkungselemente sowohl Al₂O₃ als auch SiO₂ aufweisen oder daraus bestehen. Ebenso können die Verstärkungselemente andere Silikate und/oder Aluminiumverbindungen aufweisen oder daraus bestehen. Wesentlich ist, dass das keramische Kernmaterial durch die Verstärkungselemente armiert wird.
Die Verstärkungselemente können stabförmig ausgebildet sein, wobei sie sich dann bevorzugt in der Längsrichtung des herzustellenden Keramikkerns erstrecken. Dabei können sie sich über einen Großteil der Länge, insbesondere über wenigstens 70% der Länge des herzustellenden Keramikkerns erstrecken. Alternativ/zusätzlich können mehrere, relativ kurze stabförmige Verstärkungselemente mit axialem Abstand hintereinander liegend in dem Keramikkern platziert werden.
Die stabförmigen Verstärkungselemente können rohrförmig ausgebildet sein. In diesem Fall ist es möglich, dem Inneren des Keramikkerns über die Innenseite der rohrförmigen Verstärkungselemente flüssige Auswaschmittel wie Säuren, Laugen etc. zuzuführen, und zwar insbesondere auch solchen Bereichen, die sonst nur schwer für die entsprechenden Auswaschflüssigkeiten zugänglich sind.
Ebenso ist es möglich, in der Wandung der rohrförmigen Verstärkungselemente Durchgangsöffnungen auszubilden, welche die Innenseite mit der Außenseite der Verstärkungselemente verbinden. Durch die Durchgangsöffnungen ist es möglich, die Auswaschflüssigkeiten über die gesamte Länge der Verstärkungselemente in den Keramikkern einzubringen, um diesen aus dem gegossenen Metallbauteil auszuwaschen.
Zweckmäßigerweise stehen die rohrförmigen Verstärkungselemente endseitig aus dem Keramikkern vor, so dass zum Auswaschen des Keramikkerns ein entsprechendes flüssiges Auswaschmittel leicht in die rohrförmigen Verstärkungselemente eingebracht werden kann, um es in das Innere des Keramikkerns zu führen.
Wenn die Verstärkungselemente endseitig aus dem Keramikkern vorstehen, ist es ferner auf einfache Weise möglich, sie – gegebenenfalls nach einem Lösen durch Einbringung der Auswaschflüssigkeit – aus dem Keramikkern herauszuziehen. Durch das Herausziehen werden in dem Keramikkern Kanäle gebildet, in welche das Auswaschmittel eingebracht werden kann, so dass sich dieses in dem Keramikkern verteilt und so auf eine vergleichsweise große Fläche wirken kann, wodurch der Auswaschvorgang beschleunigt wird.
Des Weiteren oder alternativ werden Auswaschelemente in dem Keramikkern vorgesehen, die im Vergleich zu dem Keramikmaterial selbst leicht auswaschbar sind. Die Auswaschelemente können beispielsweise aus einem Carbonat bestehen oder ein Carbonat aufweisen. Dieses lässt sich mit den bekannten Auswaschmitteln einfach auflösen.
Die Auswaschelemente können beispielsweise stabförmig ausgebildet sein, wobei sie sich dann zweckmäßigerweise in der Längsrichtung des herzustellenden Keramikkerns erstrecken. Dabei ist bevorzugt, wenn sich die stabförmigen Auswaschelemente über einen Großteil der Länge, insbesondere über wenigstens 70% der Länge, des herzustellenden Keramikkerns erstrecken. Beim Auswaschvorgang lösen sich die Auswaschelemente schnell auf. Hierdurch kann sich die Auswaschflüssigkeit schnell in dem Keramikkern verteilen. Dies gilt insbesondere, wenn die Auswaschelemente stabförmig ausgestaltet sind und sich weit in das Innere des Keramikkerns erstrecken.
Dabei können die stabförmigen Verstärkungselemente quer zu deren Längsrichtung verlaufende Verzweigungen tragen, welche das Verteilen der Auswaschflüssigkeit weiter begünstigen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an dünnwandigen Bereichen des herzustellenden Keramikkerns Auswaschelemente vorgesehen sind, die zumindest bereichsweise die Außenkontur des fertiggestellten Keramikkerns definieren. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Keramikkern im Bereich besonders filigraner Geometrien aus einem schnell auflösenden Material zu bilden, so dass der Keramikkern auch an diesen kritischen Stellen nach dem Feingießen des metallischen Bauteils aus diesem entfernt werden kann.
Die Auswaschelemente können dabei eine Netz- und/oder eine schwammartige Struktur besitzen, wobei die Netzstruktur bevorzugt dreidimensional ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Teil der Auswaschelemente und hier insbesondere die Auswaschelemente, welche zumindest bereichsweise die Außenkontur des fertiggestellten Keramikkerns definieren, durch Verankerungselemente mit dem Keramikmaterial des Keramikkerns verbunden werden. Die Verankerungselemente können aus Metall bestehen und beispielsweise als Stifte ausgebildet sein. Diese werden in die Auswaschelemente eingebettet und stehen aus diesen vor, so dass der vorstehende Teil von dem keramischen Kernmaterial ummantelt wird, wenn dieses in die Kernform eingebracht wird. Auf diese Weise wird eine feste Verbindung zwischen dem keramischen Kernmaterial und den Auswaschelementen hergestellt.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele eines Keramikkerns gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung zeigt
1 schematisch eine hohl ausgebildete Turbinenschaufel, die nach dem Wachsausschmelzverfahren hergestellt ist,
2 einen Keramikkern zur Herstellung der Turbinenschaufel aus 2,
3 eine Schnittansicht eines Keramikkerns, der in erfindungsgemäßer Weise mit Verstärkungselementen versehen ist,
4 den Keramikkern aus 3, wobei der Fluidfluss der Auswaschflüssigkeit während des Auswaschvorgangs dargestellt ist,
5 eine weitere Ausführungsform eines Keramikkerns, der in der erfindungsgemäßen Weise mit Auswaschelementen versehen ist,
6 den Keramikkern aus 5, wobei der Fluidfluss der Auswaschflüssigkeit während des Auswaschvorgangs zusätzlich dargestellt ist, und
7 eine dritte Ausführungsform eines Keramikkerns, der erfindungsgemäß sowohl mit Auswaschelementen, als auch mit einem Verstärkungselement versehen ist.
Die 1 zeigt ein hohl ausgebildetes, dünnwandiges metallisches Bauteil, das durch Feingießen nach dem Wachsausschmelzverfahren hergestellt ist. Bei dem dargestellten Bauteil handelt es sich um eine Turbinenschaufel 1, und zwar konkret um den metallischen Turbinenschaufelkörper, welcher nach seiner Herstellung noch mit einem Wärmedämmschichtsystem versehen werden kann. In der 1 ist der Hohlraum 2 der Turbinenschaufel 1 gut erkennbar. Lediglich beispielhaft ist dargestellt, dass die Innenwandung der Turbinenschaufel 1 im Bereich von deren Hinterkante nicht geradlinig ausgebildet ist, sondern mehrere Vertiefungen 2a bzw. nach innen ragende Vorsprünge 2b aufweist.
Die Turbinenschaufel 1 wird nach dem Wachsausschmelzverfahren hergestellt, indem zwischen mehreren Formschalen mit einem darin positionierten Keramikkern 3, der zur Ausbildung des Hohlraumes 2 in der Turbinenschaufel 1 dient, zunächst durch Einpressen einer Wachsmasse ein Wachsmodell geformt wird. Nach dem Entfernen der Formschale wird an der Außenfläche des Wachsmodells in einem Tauch- und Besandungsprozess eine keramische Gießform erzeugt, die nach dem Ausschmelzen der Wachsmasse gebrannt wird. Anschließend wird der zwischen dem Keramikkern 3 und der Gießform gebildete Raum mit einer Metallschmelze ausgegossen, um das metallische Bauteil zu erzeugen. Schließlich wird der Keramikkern 3 aus dem Bauteil durch die offene Unterseite der Turbinenschaufel 1 entfernt, indem er durch entsprechende Auswaschflüssigkeiten, die alkalisch oder sauer sein können, ausgewaschen wird.
In der 2 ist der Keramikkern 3 gezeigt, der zur Herstellung des Hohlraums 2 der Turbinenschaufel 1 aus 1 dient und eine zu diesem korrespondierende Form besitzt. Insbesondere ist erkennbar, dass der Keramikkern 3 an seiner rückseitigen Kante Vertiefungen 3a aufweist, welche den Vorsprüngen 2b der Turbinenschaufelwand entsprechen, und Vorsprünge 3b besitzt, welche zu den Vertiefungen 2a der Turbinenschaufel 1 korrespondieren.
Ein solcher Keramikkern 3 wird üblicherweise hergestellt, indem ein feinkörniges, keramisches Kernmaterial erhitzt und unter Druck in eine Kernform eingebracht und dort zum Keramikkern gesintert wird. Derartige Keramikkerne 3 haben keine hinreichende Stabilität, so dass Bereiche herausbrechen können. Des Weiteren lassen sich derartige Keramikkerne 3 nach dem Abgießen des Bauteils durch Auswaschflüssigkeiten oftmals nur schwer entfernen.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist daher der Keramikkern 3 mit Verstärkungselementen 4 versehen. Diese bilden eine Armierung und bestehen aus einem geeigneten Material, insbesondere aus Al₂O₃ (Korund) und/oder geeigneten Silicaten. Diese sind hier stabförmig ausgebildet. Ein erstes Verstärkungselement 4 – in der 3 ist dies das linke Verstärkungselement 4 – ist rohrförmig ausgebildet und erstreckt sich von der Unterseite des Keramikkerns 3 bis nahezu zu dessen oberen Ende, wobei es nach unten aus dem Keramikkern 3 vorsteht.
Das zweite, in der 3 mittlere Verstärkungselement ist ebenso rohrförmig ausgebildet und erstreckt sich über nahezu die gesamte Länge des Keramikkerns 3, wobei es mit dem unteren Endbereich aus dem Keramikkern 3 herausragt. Zusätzlich ist dieses Verstärkungselement 4 mit Durchgangsbohrungen 4a versehen, welche die Wandung des Verstärkungselements 4 von dessen Innenseite zu dessen Außenseite durchsetzen.
Die dritten Verstärkungselemente 4, welche in der 3 rechts dargestellt sind, sind als kurze, rohrförmige Verstärkungselemente 4 ausgebildet, die übereinander liegend in dem Keramikkern 3 positioniert sind, wobei sie koaxial oder im Wesentlichen koaxial zueinander ausgerichtet und mit Abstand zueinander angeordnet sind.
Sämtliche Verstärkungselemente 4 dienen dazu, den Keramikkern 3 zu armieren und diesem insbesondere in seiner Längsrichtung eine erhöhte Festigkeit zu geben.
Nach dem Abgießen der Turbinenschaufel 1 können die Verstärkungselemente 4 nach unten aus dem Keramikkern 3 herausgezogen werden. Dann verbleiben Kanäle in dem Keramikkern 3, durch welche ein flüssiges Auswaschmittel in diesen eingebracht werden kann.
Ebenso ist es möglich, die Auswaschflüssigkeit durch die rohrförmigen Verstärkungselemente 4 in den Keramikkern 3 einzubringen, wie dies in 4 dargestellt ist, wo der entsprechende Fluss F des Auswaschmittels angedeutet ist.
Durch das erste, in der 4 links dargestellte Verstärkungselement 4 wird dann die Auswaschflüssigkeit dem oberen Endbereich des Keramikkerns 3 zugeführt (Pfeil F), um dort das Keramikmaterial aufzulösen. Das mittlere rohrförmige Verstärkungselement 4 verteilt über die Durchgangsöffnungen 4a die Auswaschflüssigkeit über die gesamte Länge des Verstärkungselements 4 gleichmäßig (Pfeile F), so dass dieses von dem Keramikmaterial gelöst wird und dann leicht nach unten aus dem Keramikkern 3 herausgezogen werden kann. Dann wird in dem Keramikkern 3 ein Kanal gebildet, in welchen die Auswaschflüssigkeit direkt eingebracht werden kann.
Die kurzen, rohrförmigen Verstärkungselemente 4 vereinfachen ebenfalls das Auswaschen des Kernmaterials. Hierbei wird die Auswaschflüssigkeit in das unterste Verstärkungselement 4 eingefüllt, so dass sich das darüber liegende Kernmaterial auflöst und das unterste Verstärkungselement 4 aus dem Keramikkern 3 entfernt werden kann. Anschließend wird über den gebildeten Kanal Auswaschflüssigkeit in den Keramikkern eingebracht. Dabei löst sich das Kernmaterial im Bereich des Kanals rasch auf. Außerdem kann die Auswaschflüssigkeit durch das freiliegende Kernelement 4 auch in den darüber liegenden Bereich gelangen, um dort das keramische Kernmaterial aufzulösen. Insgesamt wird der Auswaschvorgang begünstigt.
In der 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Keramikkerns 3 dargestellt, in welchem Auswaschelemente 5 vorgesehen sind. Diese bestehen aus einem Material, das sich leichter durch die Auswaschflüssigkeiten auflösen lässt als das keramische Kernmaterial selbst. Beispielsweise können die Auswaschelemente 5 aus Carbonat bestehen oder dieses Material aufweisen.
In der 5 sind zwei Auswaschelemente 5 in dem Keramikkern 3 vorgesehen. Das linke Auswaschelement 5 ist stabförmig ausgebildet und erstreckt sich nahezu über die gesamte Länge des Keramikkerns 3, wobei es mit seinem unteren Ende aus dem Keramikkern 3 herausragt. Das in der 5 rechte Auswaschelement 5 ist ebenfalls stabförmig ausgebildet und erstreckt sich über nahezu die gesamte Länge des Keramikkerns 3, wobei das untere Ende des Auswaschelements 5 aus dem Keramikkern 3 unten herausragt. Zusätzlich sind an dem stabförmigen Auswaschelement 5 Verzweigungen 5a vorgesehen, die hier bis zu den Vorsprüngen 3b an der Rückseite des Keramikkerns 3 ragen.
Wenn nach dem Abgießen der Turbinenschaufel 1 der Keramikkern ausgewaschen werden soll, lösen sich die Auswaschelemente 5 durch die Auswaschflüssigkeit schnell auf. Hierdurch werden Kanäle gebildet, durch welche dem Inneren des Keramikkerns 3 die Auswaschflüssigkeit zugeführt werden kann. Insbesondere ist es möglich, die Auswaschflüssigkeit über die den Verzweigungen 5a entsprechenden Kanalabschnitte den Vorsprüngen 3b zuzuführen, in denen sich das Keramikmaterial sonst nur schwer auflösen lässt.
Die Verstärkungselemente 4 bzw. die Auswaschelemente 5 werden bei der Herstellung des Keramikkerns 3 an der gewünschten Stelle in der Kernform positioniert. So werden sie dann von dem keramischen Kernmaterial ummantelt, wenn dieses unter Druck und Temperatur in die Kernform eingebracht und zum Keramikkern 3 gesintert wird.
In der 7 ist schließlich ein Keramikkern 3 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, der sowohl mit einem rohrförmigen Verstärkungselement 4, als auch mit mehreren Auswaschelementen 5 versehen ist. An zentraler Stelle ist das rohrförmige Verstärkungselement 4 vorgesehen, welches mit Durchgangsbohrungen 4a in seiner Wandung versehen ist, sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Keramikkerns 3 erstreckt und an dessen Unterseite herausragt. Damit entspricht das Verstärkungselement 4 dem mittleren Verstärkungselement 4 der Ausführungsform gemäß 3.
Ferner sind zwei stabförmige Auswaschelemente 5 vorgesehen, die sich wie das linke Auswaschelement 5 der 5 über im Wesentlichen die gesamte Länge des Kernelements 3 erstrecken und nach unten aus diesem herausragen. Des Weiteren werden die oberen beiden Vorsprünge 3b des Keramikkerns 3 durch entsprechend geformte Auswaschelemente 5 gebildet, welche hier die Außenkontur des Keramikkerns 3 definieren. Diese beiden, die Vorsprünge 3b definierenden Auswaschelemente 5 sind mit dem Keramikmaterial des Keramikkerns 3 verbunden. Bei den Auswaschelementen 5 handelt es sich um vorgesinterte Bauteile, in welche nicht dargestellte Metallstifte während des Sintervorgangs eingebettet werden, so dass sie aus den Auswaschelementen 5 ragen. Während der Herstellung des Keramikkerns 3 wird der vorstehende Teil der Metallstifte von dem keramischen Kernmaterial ummantelt, wenn dieses in die Kernform eingebracht wird.
Die beiden die Vorsprünge 3b definierenden Auswaschelemente 5 besitzen vorzugsweise eine dreidimensionale Netzstruktur oder Schwammstruktur. Die anderen Auswaschelemente 5 können ebenso eine solche Struktur aufweisen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2004/0055736 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Feingießen von metallischen Bauteilen (1), insbesondere von Turbinenschaufeln, nach dem Wachsausschmelzverfahren, bei welchem zwischen Formschalen mit einem darin positionierten, zur Ausbildung eines Hohlraums in dem metallischen Bauteil vorgesehenen Keramikkern (3) durch Einpressen einer Wachsmasse ein Wachsmodell geformt, nach dem Entfernen der Formschalen an der Außenfläche des Wachsmodells in einem Tauch- und Besandungsprozess eine keramische Gießform erzeugt wird, die nach dem Ausschmelzen der Wachsmasse gebrannt wird, wobei der zwischen dem Keramikkern und der Gießform gebildete Raum anschließend mit einer Metallschmelze ausgegossen wird, um das metallische Bauteil (1) zu erzeugen, und der Keramikkern (3) aus dem Bauteil (1) entfernt wird, wobei der Keramikkern (3) aus einem keramischen Kernmaterial hergestellt wird, welches unter Druck und Temperatur in eine Kernform eingebracht und zum Keramikkern gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kernform vor dem Einbringen des keramischen Kernmaterials Verstärkungselemente (4) und/oder Auswaschelemente (5), die gegenüber dem keramischen Kernmaterial ein verbessertes Auswaschverhalten aufweisen, positioniert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kernform Verstärkungselemente (4) positioniert werden, die aus Al₂O₃ bestehen oder Al₂O₃ aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kernform Verstärkungselemente (4) eingebracht werden, die aus SiO₂ bestehen oder SiO₂ aufweisen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kernform Verstärkungselemente (4) eingebracht werden, die Al₂O₃ und SiO₂ aufweisen oder daraus bestehen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente (4) stabförmig ausgebildet sind und sich in der Längsrichtung des herzustellenden Keramikkerns (3) erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmigen Verstärkungselemente (4) sich über einen Großteil der Länge, insbesondere über wenigstens 70% der Länge, des herzustellenden Keramikkerns (3) erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmigen Verstärkungselemente (4) rohrförmig ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung der rohrförmigen Verstärkungselemente (4) Durchgangsöffnungen (4a) ausgebildet sind, welche die Innenseite mit der Außenseite der Verstärkungselemente (4) verbinden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere rohrförmige Verstärkungselemente (4) axial hintereinander liegend und mit axialem Abstand zueinander in der Kernform positioniert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmigen Verstärkungselemente (4) endseitig aus dem Keramikkern (3) vorstehen und vorzugsweise beim Auswaschen des Keramikkerns ein entsprechendes flüssiges Auswaschmittel durch die rohrförmigen Verstärkungselemente (4) in das Innere des Keramikkerns (3) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswaschelemente (5) aus Carbonat bestehen oder Carbonat aufweisen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der die Auswaschung unterstützenden Auswaschelemente (5) stabförmig ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich stabförmigen Auswaschelemente (5) in der Längsrichtung des herzustellenden Keramikkerns (3) erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die stabförmigen Auswaschelemente (5) über einen Großteil der Länge, insbesondere über wenigstens 70% der Länge des herzustellenden Keramikkerns (3), erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmigen Verstärkungselemente (5) quer zu deren Längsrichtung verlaufende Verzweigungen (5a) tragen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dünnwandigen Bereichen des herzustellenden Keramikkerns (3) Auswaschelemente (5) vorgesehen sind, die zumindest bereichsweise die Außenkontur des fertiggestellten Keramikkerns (3) definieren und insbesondere gesinterte Bauteile sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Auswaschelemente (5) eine netz- und/oder eine schwammartige Struktur besitzt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Auswaschelemente, insbesondere die Auswaschelemente nach Anspruch 16, durch Verankerungselemente mit dem Keramikmaterial des Keramikkerns verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungselemente aus Metall bestehen.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungselemente in die Auswaschelemente eingebettet sind und aus diesen vorstehen, so dass der vorstehende Teil von dem keramischen Kernmaterial ummantelt wird, wenn dieses in die Kernform eingebracht wird.