DE2164612A1 - Elastomere Formauskleidung - Google Patents
Elastomere FormauskleidungInfo
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Description
Elastomere Pormauskleidung
Das übliche Verfahren, Wachsabdrücke für den Präzisionsformguß
von Turbinenschaufeln zu schaffen, besteht darin, ein
Metallwerkzeug oder eine Form herzustellen, deren innere Oberfläche die Konfiguration des zu gießenden Teiles nachbildet.
Dann wird das Werkzeug unter Druck mit Wachs gefüllt und die Werkzeugteile werden voneinander getrennt, um die Wachsnachbildung
des Teiles freizugeben. Dann wird von dem Teil eine Keramikform hergestellt, welche die Produktion des nachgebildeten
Metallteiles gestattet.
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Dieses Verfahren war für die meisten Konstruktionen brauchbar, doch hat es sich als unmöglich erwiesen, die umschließenden Werkzeugteile
von dem Wachsabdruck wegzunehmen, ohne die feinen Details zu zerstören, wenn das Teil, von dem ein Wachsabdruck herzustellen
ist, stark gebogen und verdrillt ist und außerdem feine Details in seine Oberfläche eingeprägt sind, es sei denn, dass
die die komplexen Bereiche bedeckenden Werkzeugoberflächen ihrerseits aus mehreren Teilen hergestellt sind, wobei in manchen
Fällen mehr als 6 Teile erforderlich sind, um die komplexen Oberflächen aufzunehmen.
Es wäre daher sehr wünschenswert, wenn man in der Lage wäre, ein einfaches Werkzeug zu verwenden, d. h. ein solches, bei dem nur
2 Stücke erforderlich sind, um die konplexen Bereiche abzuformen.,
um Wachsabdrücke von komplexen Teilen mit feinen Oberflächendetails herzustellen.
Dies wird, kurz gesagt, durch die vorliegende Erfindung ermöglicht,
bei der das Herstellen des Wachsabdruckes eines komplexen Teiles als Vorbereitung für die Herstellung einer Kerainikschalenform
für das Gießen des Teiles aus Metall mit einem übergroßen Werkzeug ermöglicht wird, welches ein vorgeformbes elastomeres
Auskleidungselement enthält, das auf seiner inneren Fläche ein negativ der Oberfläche dec komplexen Teiles trägt.
nachfolgend wird die Erfindung mib Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
Im einzelnen zeigen:
Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine dreidimensionale, beilweise weggeschnibtene Darsbellung
de.-s komplexen Leitungs- und Auslaßsystems in einer flüsnigkeibsgekühlben Turbinenschaufel mib einem
offenen Kreislauf, welche die Anwendung der vorliegenden Erfindung für die Herstellung des Wachsabdruckes erforderb,
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Fig. 2 eine auseinandergezogene Ansicht der offenen Form, bei der die Muster- Turbinenschaufel und der dazwischen angeordnete
elastomere Einsatz der vorliegenden Erfindung teilweise weggeschnitten sind und
Fig. 3 eine dreidimensionale Darstellung der elastomeren Formauskleidung
gemäß der vorliegenden Erfindung für das Gießen des Wachsabdruckes einer flüssigkeitsgekühlten Schaufel.
Die Turbinenschaufel 1O5 die in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein
Beispiel einer Schaufel für eine flüssigkeitsgekühlte Turbine, wie sie in der eigenen US-Patentanmeldung Serial-Nr. 93·057, vom
27. Nov. 1970 beschrieben ist, auf die hiermit Bezug genommen wird.
Die Turbinenschaufel Io besteht aus einer Außenhaut 11 aus einem
Metallblech, das z. B. durch Schweißen an einem durch Präzisionsformguß hergestellten hohlen Zentralstück 12 befestigt ist, welches
integrale Nuten 13a aufweist, die sich über die Spannweite (spanwise) erstrecken. Die rechteckfürmigen Kühlkanäle oder Durchgänge
13, welche durch die Außenhaut 11 und die Nuten 13a gebildet werden, führen die Kühlflüssigkeit mit einer gleichmäßigen
Tiefe unterhalb der Außenhaut 11. An den oberen Endstücken stehen die rechteckförmigen Kühlkanäle 13 auf der Druckseite der Schaufel
10 in Strömungsverbindung mit und enden an der Leitung l4, die
in das Zentralstück eingearbeitet ist. Auf der Ansaugseite der Schaufel Io stehen die rechteckförmigen Kühlkanäle 13 in Strömungsverbindung
mit einer zweiten Leitung l4a (siehe Fig. 2), die ebenfalls in das Zentralstück eingearbeitet ist und enden dort.
Nahe der Austrittskante (trailing edge) der Schaufel 10 verbindet ein nicht dargestellter Querkanal die beiden vorgenannten Leitungen.
Die erforderliche Kühlung mit offenem Kreislauf von diesen beiden miteinander verbundenen Leitungen aus wird durch deren
Strömungsverbindungen mit der öffnung 16 ermöglicht, von der aus
die erhitzten Kühlströmungsmittel (Gas oder Dampf oder über-
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schüssiges flüssiges Kühlmittel) an der Austrittskante der Schaufel 1O3 wie dargestellt, austreten.
Das Wurzelendstück des Zentralstückes 12 besteht aus einer Anzahl fingerähnlicher Projektionen oder Zinken 19 verschiedener
Länge. Der Randbereich des nicht dargestellten Turbinenläufers (turbine disk), an dem die Schaufel 10 befestigt wird, weist eingearbeitete
Nuten auf, die verschiedene Tiefen und Breiten haben, welche den verschiedenen Längen und Breiten der Schaufelzinken 19 entsprechen, so daß die Zinken 19 ineinandergreifend
in die Nuten eingepaßt werden können. Nachdem ein guter Sitz erzielt worden ist, werden die Zinken 19 mit den Wänden der
Nuten im Randbereich des Turbinenläufers verschweißt.
Vorzugsweise werden die Zinken 19 während des Gießens des hohlen-Zentralstückes
12 gebildet, so daß diese Elemente nicht unmittelbar von der Beschreibung der vorliegenden Erfindung betroffen
sind und sie können durch eine nachfolgende Bearbeitung hergestellt werden. Die Bereiche des hohlen Zentralstückes 12, welche
das Problem schaffen, auf das sich die Erfindung im Zusammenhang mit der Formung von Wachsabdrücken bezieht, sind der Bereich
der Blattsteigung (pitsch section) und der Bereich der Schaufelspitse (tip sec-tion) des hohlen Zentralstückes 12.
Die Probleme bei der Herstellung von Wachsabdrücken sind im vorliegenden
Falle besonders schwerwiegend, da das hohle Zentralstück 12 stark gebogen und verdrillt sit und die Kühlkanäle 13,
mit denen die Oberfläche bedeckt ist, sehr fein sind und ungefähr 5 mm (0,20 inches) Tiefe und etwa 6 mm (0,25 inches) Breite
haben. Eine weitere Erschwerung wird dadurch verursacht, daß die Rohrleitungen auf der Druck- und der Ansaugseite quer zu den
Nuten 13 a verlaufen.
Die vorliegende Erfindung macht es möglich, eine einfachere Werkzeuganordnung für die Herstellung von Wachsabdrücken kom-
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plexer Oberflächen, welche feine Details aufweisen, zu verwenden. Ein Beispiel ist in den Pig. 2 und 3 gezeigt. Das Werkzeug 20
umfaßt die beiden Teile 21a und 21b, welche ein Volumen von etwa 0,25 bis etwa 0,50 mm (0,010 bis 0,020 inches) Übergröße
umfassen, mit Bezug auf die äußeren Oberflächen der Seitenwände des Metallmuster-Zentralstückes 22 der Schaufel, welches darin
angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein freier Raum relativ gleichmäßiger Dicke über die gesamten komplexen Bereiche der
Schaufeloberfläche verfügbar. Das Musterzentralstück 22 der Schaufel ist mit Blöcken 22a und 22b dargestellt, die einstückig
damit am Spitzen- und Würzelendstück ausgebildet sind. Diese
Blöcke sind in Aussparungen angeordnet, welche in den Werkzeugteilen
23, 24 (und in den Teilen 26,und 27) vorgesehen sind, um
die Anordnung des Musterzentralstückes 22 der Schaufel in dem
richtigen Abstand zur Wand der Aussparung in den Formteilen 21a und 21b sicherzustellen. Auch können die Spitzen- und Wurzelblöcke
, die an den gegossenen Schaufeln gebildet sind, die Anordnung
der Schaufeln für die Durchführung von Bearbeitungsschritten an den gegossenen Schaufeln erleichtern, wie das Drillen der
nicht dargestellten Querverbindung, welche die Leitungen 14 und
l4a miteinander verbindet. Es körinen selbstverständlich auch
andere Mittel gewählt werden, um das Musterzenbralstück 22 in dem
Hohlraum, der die1 zusammengehörenden Teile 21a und 21b des Werkzeugs
gebildet wird, in der richtigen Weise anzuordnen und dadurch die Blöcke 22a und 22b zu eliminieren.
Darüber hinaus stehen die Aussparungen 28 und 29 in dem Werkzeugteil
21a und ein Paar übereinstimmender Aussparungen in dem Werk-,
zeugteil 21b, von denen lediglich die Aussparung 30 gezeigt ist, In Verbindung mit dem Raum, welcher das Muster des Schaufelzentralstückes
22 umgibt. Diese offen miteinander verbundenen Volumen in dem zusammengebaufcen Werkzeug dienen als Form für ein elastomeres
Auskleidungsstück 40, welches, wie nachfolgend beschrieben, hergestellt und verwendet wird.
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Um die Auskleidung 40 zu bilden, wird das Muster des Schaufelzentralstückes
22 mit einer oder mehreren dünnen Schichten unvollständig gehärteten Silikongummis bedeckt, welche ausreichen,
den Raum zwischen den Blatt-Spitzen- und Wurzelbereichen des Schaufelzentralstückes 22 und den Werkzeugteilen 22a und 21b
etwas mehr als auszufüllen. Die Aussparungen 28, 29, 30 und die nicht dargestellte,weitere Aussparung in dem Werkzeugteil 21b
werden ebenfalls etwas mit dem teilweise gehärteten Silikongummi überfüllt. Dieser teilweise gehärtete Silikongummi sollte
in einen vollständig gehärteten, festen, elastischen Zustand überführbar sein.
Unter der Bezeichnung "Silikongummi" sind im vorliegendem Falle Organopolys'iloxane sowdilnit als auch ohne Füllstoffe zu verstehen,
welche Härtungsbeschleuniger enthalten, wie organische Peroxide und die durch Erhitzen bei erhöhten Temperaturen in den gehärteten,
festen,elastischen Zustand überführt werden können. In vollständig
ausgehärteten Zustand können diese Materialien leicht verformfc und gepreßt werden. Es lconnen auch andere feste oder flüssige
elastomere Materialien, wie Haturgummi, die geformt und zu einem
festen, elastischen Zustand gehärtet werden können, im Rahmen der vorliegenden Erfindung Anwendung finden.
Die Herstellung von unvollständig gehärteten Silikongummi- Filmen,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet v/erden können, ist in dem US-Patent 3.325-330 beschrieben, auf das hiermit Bezug
genommen wird.
Wenn das Werkzeug 20 mit dem Musber des Schaufelzentralstückes
22, welches mit dem teilweise gehärteten Silikongummi bedeckt ist, zusammengebaut ist, dann wird dadurch der Silikongummi in
alle Nuten (13a, ll\ und l4a) in der Oberfläche des Musters des
Schaufelzentralstückes 22 sowie in alle Aussparungen 28, 29, und die weitere, nicht dargestellte, Aussparung gedrückt. Der
teilweise gehärtete Silikongummi wird auch in eine Zahl enger ·
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Löcher 31 gedrückt, die von den vorgenannten Aussparungen wegführen
und schafft nippelartige Ansätze (nibs) 32 auf den Planschen 33 und Jth des Auskleidungsstückes 40. Die abgeschrägten
Oberflächen 36, 37 die auf den Seitenwänden der Werkzeugteile 2k, 27 gebildet sind, stehen im Eingriff mit den abgeschrägten
Oberflächen auf einem Verschlußelement 38 (ζ. B. die Oberfläche 39) und ermöglichen die Anwendung einer Kraft, um einen festen
Oberfläche-zu-OberflächeeKontakt zwischen allen Teilen des Werkzeuges,
bei denen ein solcher Kontakt erforderlich ist, zu erreichen, wenn das Verschlußelement 38 in Richtung auf das Basiselement kl gedrückt wird. Andererseits könnte die elastomere Verbindung
auch in den Raum zwischen den Teilen 21a und 21b eingespritzt werden und dabei die Auskleidung 40 in der gleichen Weise
bilden, in der die Wachsteile später in der mit Auskleidung versehenen
Form hergestellt werden.
Nach dem Zusammenbau wird das Werkzeug 20 in einem Ofen angeordnet
und auf eine für das spezielle, verwendete Silikonharz geeignete Härtetemperatur erhitzt. Nach der Beendigung der Aushärtung
wird das Werkzeug aus dem Ofen genommen und auseinandergebaut. Das Muster des Schaufelzentralstückes 22 wird zusammen
mit der Auskleidung 40, die sich darum mit einstückig ausgebildeten
Flanschen 33 und 3*1, benachbart den entsprechenden Oberflächen der
Blöcke 22a und 22b, gebildet hat, entfernt. Es wird dann eine Teilungslinie *J2 von der Spitze bis zum Boden des Auskleidungselementes UO geschnitten, wonach das Auskleidungselement 40 von
dem Schaufelzentralstück 22 abgezogen werden kann. Die innere Oberfläche des ausgehärteten elastomeren Auskleidungsstückes
zeigt eine vollständige und genaue Reproduktion aller Details der äußeren Oberfläche des Musters des Schaufelzentralstückes 22,
z. B. die Nuten für die Kühlkahäle · und die Leitungen, ebenso wie die Krümmung des Schaufelzentralstückes.
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Um im Anschluß daran eine Anzahl von Wachsabdrücken des Schaufelzentralstückes
22 zu gießen,, ist es lediglich erforderlich, das elastomere Auskleidungselement 40 wieder in die Form 20 einzuführen,
wobei ein nicht dargestellter Keramikstreifen verwendet wird j der imerhalb des Auskle idungs elemente s in Längsrichtung
angeordnet ist, um die hohle Natur des herzustellenden Zentralstückes
12 zu sichern. Es sind Vorkehrungen zu treffen, um den Keramikstreifen an der richtigen Stelle anzuordnen, wobei sich
dieser über die Flansche 33, 34 und über die Räume hinaus erstreckt,
die ursprünglich von den Blöcken 22a und 22b eingenommen wurden und sich gegen die Oberflächen 43, 44 stützt, die so gestaltet
sind, daß sie mit der Unterseite des Keramikstreifens zusammenpassen. Wenn das Werkzeug 20 zusammengebaut ist, sind die Oberfläche
46 und eine ähnliche Oberfläche im Teil 24 dicht oberhalb und nahezu der oberen Seite des Keramikstreifens angepaßt. Auf
diese Weise kann der Keramikstreifen in der richtigen Weise ausgerichtet und festgehalten werden, und so Bereiche bilden, die
von dem Wachsabdruck hervorragen.
Nach dem Zusammenbau der Form 20, welche die Auskleidung 40 und den Keramikstreifen enthält, iiird sie in ein Vakuumgehäuse eingebaut,
um die Luft aus.dem Inneren der Form zu entfernen. Wachs
wird durch den Ansatz 47 gegossen und dringt in den Raum ein, der
einmal durch den Block 22b ausgefüllt war und passiert um den Keramikstreifen herum das hohle Zentrum des Auskleidungselementes
40 und läuft dann in den Raum, der ursprünglich durch den Block 22a ausgefüllt war. Nachdem alle diese Volumina mit Wachs gefüllt
sind, läßt man das Wachs hart werden, öffnet die Form und nimmt den Wachsabdruck des Schaufelzentralstückes 22, zusammen mit der
Auskleidung 40 darum, aus der Form. Das Auskleidungselement 40 wird von dem Wachsabdruck abgezogen, und läßt dabei alle Oberflächendetails
unbeschädigt. Das Auskleidungselement 40 kann .,dann wie oben beschrieben, erneut verwendet v/erden.
Eine große Zahl (36 oder 48) solcher Wachsabdrücke wird dann in
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einer Baumkonfiguration (tree configuration) angeordnet, wie sie beim Präzisionsformguß üblicherweise verwendet wird und die Bildung
von Keramikschalenformen und das Vakuumgießen werden in bekannter
Weise ausgeführt, um Metallschaufeln herzustellen. Die gegossenen Schaufelzentralstücke enthalten die Keramikstreifen,
die sich durch öle hindurch erstrecken und die in jeden der Wachsabdrücke eingebettet waren. Die Schaufelzentralstücke werden
darnach in geschmolzenes Salz getaucht, welches den Keramikstreifen
auslaugt und den erforderlichen Hohlraum 48 schafft, der sich
durch jedes Schaufelzentralstück erstreckt.
Die vorliegende Erfindung isb insbesondere auf die Herstellung
von Abdrücken mit einer Krümmung versehene» Körper (warped bodies)
anwendbar, welche viele Oberflächendetails aufweisen, die durch Gießen reproduziert werden sollen, sei es, daß der Abdruck aus
Wachs, thermoplastischem Material oder anderem für die Herstellung von Abdrücken geeignetem Material hergestellt wurde. Die in dieser
Anmeldung verwendete Bezeichnung "Wachs" soll alle Materialien umfassen, die für die Herstellung von Abdrücken geeignet sind.
Solche Materialien sind ebenso wie die keramischen Pulver, die zur Herstellung der Keramikschalenformen zur Aufnahme des geschmolzenen
Metalles verwendet werden, ohne weiteres käuflich erhältlich.
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Claims (8)
1. Form für die Herstellung eines Wachsabdruckes eines gekrümmten Körpers, dessen Oberfläche Details aufweist und wobei der
Wachsabdruck den schmelzbaren Kern einer Keramikschalenform bilden soll, dadurch gekennzeichnet,
daß die Form eine herausnehmbare, dreidimensionale, elastomere Auskleidung (40) aufweist, deren innere Oberfläche eine
exakte Nachbildung der Gestalt und der äußeren Oberflächendetails des zu gießenden Körpers aufweist.
2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die elastische Auskleidung (40) aus gehärtetem Silikongummi hergestellt ist.
3. Form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die elastische Auskleidung (40) mit einer Vorrichtung versehen ist, welche die exakte Anordnung der Auskleidung
in der Form für das Gießen des Wachsabdruckes ermöglicht.
4. Farm nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichne
t, daß die innere Oberfläche der elastomeren Auskleidung (40) die Oberfläche des Zentralstückes (22) eines
Turbinenflügels wiedergibt.
5. Form nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flügel solche für eine flüssiglreitsgekühlte
Turbine sind.
6. Verfahren zur Herstellung eines Wachsabdruckes eines gekrümmten
Körpers mit feinen Oberflächendetails zur Herstellung einer Keramikschalenform des gekrümmten Körpers,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
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a) Verwenden einer trennbaren Form mit einem Hohlraum, der
gegenüber dem Körper, von dem e'er .-.'achsabdruck herzustellen
ist, ο!;v.raG r;r'3/jer is'jj
'}) Anordnen eines '-lusters, aas identisch in der Gestalt und
hinsichtlich uoinor "-.u'oren Pberflächenretails nit dem au
'-io"errlcrι ""ΐ'"3Γ3 ist, in uer Hohlraum mit Abstand zu dessen
Tinden,
c) Anordnen eines I'aterials .welches durch Ilitzehärtun.^ in einen
festen-elastischen Zustand überführbar ist, in dem Raum
zwischen dem !luster und den Wänden des Hohlraumes 3
d) Einschließen des Musters und des hitzehärtbaren Materials innerhalb der Form,
e) Härten des hitzehärtbaren Iiaterials ,
f) offnen der Form und Herausnehmen des Musters zusammen mit
dem dreidimensionalen, gehärteten, elastomeren Körper,, der
sich darauf gebildet hat,
g) Trennen des Küsters und des elastomeren Körpers
h) Wiedereinsetzen des elastomeren Körpers als Auskleidung in den Hohlraum,
i) Schließen der Form
j) Einführen von :,Tachs unter Druck in den ausgekleideten Hohlraum,
lc) öffnen der Form,
1) Herausnehmen des festgewordenen Wachsabdruckes und des diesen
umnebenden elastomeren Körpers und
m) Trennen des 'iachsabdruckes und des elastomeren Körpers.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das hitzehärtbare Material Silikongummi ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichne
t, daß der Silikongummi teilweise gehärtet ist.
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BAD ORIGINAL
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