DE2739012A1 - Gussform-schablonenanordnung fuer praezisionsfeinguss und verfahren zur herstellung der schablonenanordnung - Google Patents

Gussform-schablonenanordnung fuer praezisionsfeinguss und verfahren zur herstellung der schablonenanordnung

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DE2739012A1 DE19772739012 DE2739012A DE2739012A1 DE 2739012 A1 DE2739012 A1 DE 2739012A1 DE 19772739012 DE19772739012 DE 19772739012 DE 2739012 A DE2739012 A DE 2739012A DE 2739012 A1 DE2739012 A1 DE 2739012A1
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Description

Gußform-Schablonenanordnung für Präzisionsfeinguß
und Verfahren zur Herstellung der Schablonenanordnung
Die Erfindung betrifft den Präzisionsguß, sie bezieht sich Insbesondere auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer einheitlichen Gußform für Präzisionsformguß.
Eine Art einer Präzisionsgußform, die allgemein zur Herstellung relativ kleiner Metallformlinge oder -gußteile verwendet wird,
enthält als Teil der Gußform eine Beschickungsgut-Aufnahme- und Schmelzkammer in einem oberen Bereich der Gußform. Eine derartige Kammer steht in Verbindung mit unteren Teilen der Gußform, die einen Hohlraum enthalten, in dem das Metallteil hergestellt werden soll. Als ein Teil des bekannten Präzisionsfeinguß -
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verfahrene wird ein metallisches Beschickungsgut in fester Form in die Beschickungsgut-Aufnahme- und Schmelzkammer gebracht. Anschließend wird das feste Gut geschmolzen, und das geschmolzene Metall tropft in die unteren Bereiche der Gußform. Dadurch wird vermieden, daß eine separate Gießvorrichtung für das geschmolzene Netall benötigt wird, die teuer sein kann und eine wesentlich größere Vorrichtung erfordert, wenn das Präzisionsfeingußverfahren im Vakuum durchgeführt wird.
Eine Art dieses allgemeinen Verfahrenstyps und der Gußform ist in der US-PS 3 435 878 beschrieben. Wie dort ausgeführt ist, 1st es manchmal wünschenswert, geschmolzenes Netall an der Ablagerung in der Gutaufnahmekammer zu hindern, um z.B. ein vollständiges Schmelzen und eine Homogenisierung des Gutes zu erreichen. Dies läßt sich dadurch verwirklichen, daß zwischen dem Gut und dem unteren Bereich der Gußform ein metallisches Absperrteil oder Verzögerungsteil vorgesehen wird, das bei einer höheren Temperatur als das Hauptgut schmilzt.
Um ein derartiges schmelzbares Absperrteil (plug) zwischen der Beschickungsgut-Aufnahme- und Schmelzkammer (im folgenden als Gutaufnahmekammer bezeichnet) oder Gutaufnahmetiegel und dem unteren Bereioh der Gußform vorzusehen, wurden einige Gußformen alt getrennten Outaufnahmetiegeln oder Tiegeln versehen, wie in den Figuren 4, 5» 6 und 7 der oben genannten US-PS 3 435 878 angegeben let. In derartigen Fällen nicht-unitärer oder nicht einheitlicher Gußformen wird das Absperrteil entweder zwischen zwei Teilbereiche plaziert, oder es ist in den Keramikteil der Gußform eingebettet. In den normierten oder unitären Gußformen, die in den Figuren 8 und 9 des genannten Patents gezeigt sind, ist das Absperrteil zwischen zwei Wachsteilen angeordnet, aus denen die Gußform hergestellt ist.
Eine AusfUhrungsform der vorliegenden Erfindung enthält getrennt eine Wachs-Gutaufnahme-Schablonenanordnung und eine Wachsgußteilschablonenanordnung, die beide ein Ausrichtteil aufweisen, an
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denen die Schablonen befestigt werden. Die Wachsgut-Aufnahmeanordnung enthält eine Gut-Becherschablone, an deren Boden eine schmelzbare Absperrbecher-Schablone absteht, die ein Ausrichtteil aufweist. Vorgesehen sind ferner mehrere hitzebeständige Trage- und Lage-Festsetzelemente, die zwischen der Gutaufnahmeanordnung und der Gußteilanordnung, im allgemeinen um die Absperrteil-Becherschablone/ verbunden sind. Die Wachsgußteil-Schablonenanordnung enthält einen Gußteil-Bereich und einen zweiten Ausrichtteil, der mit dem Ausrichtteil der schmelzbaren Absperrteil-Becherschablone zusammen wirkt. Die beiden Schablonen werden durch die Trage- und Lageelemente an den Ausrichtteilen miteinander verbunden, um eine zusammengesetzte Wachsschablone zu erzeugen, von der eine verbesserte, verstärkte, Keramikgußform fUr Präzisionsfeinguß hergestellt wird. Die resultierende Gußform enthält den Absperrteil-Becher und mehrere Trage- und Lageelemente, die in der Gußformkeramik zwischen der Gutaufnahmekammer und der Gußteilkammer eingebettet sind.
Im folgenden werden Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.
In den Figuren zeigen :
Fig. 1 eine perspektivische Zusammenbaudarstellung einer zusammengesetzten Wachsschablone fUr die Schaufel eines Turbomotors;
Fig. 2 eine perspektivische Zusammenbaudarstellung einer zusammengesetzten Wachsschablone fUr eine Schaufel eines Turbomotors; und
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht eines Teils der Fig. 2.
Während der Herstellung der Wachsschablonen, aus denen die Präzisionsfeinguß-Gußformen hergestellt werden, wird die Gestalt des Wachs-Gußteils im allgemeinen dadurch erzeugt, daß ein
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ausgewähltes Wachs in eine genaue GuOform durch ein Spritzgußverfahren hergestellt wird. Anschließend können diesem Wachs-Guß teil verschiedene Wachsteile, z.B. Eingußstellen (gates), :'.tf :i^f ry Gießbecii.r (pour cup) etc. hinzugefügt werden. Bei der Herstellung einer Wachsschablone flir eine selbstgießende Gußform, die einen Absperrbecher enthält, hat es sich Jedoch herausgei UlIt, daß es unpraktisch und sehr schwierig ist, den für die Gestalt des Gußteils erforderlichen Absperrbecher im Spritzgußverfahren herzustellen, auf Grund der sich durch die Wachsschrumpfung und die Kavitation ergebenden Probleme. Aus diesem Grund werden die Wachsschablonen ftlr den Beschickungsbecher, den Absperrbecher und den Gußteil-Bereich im allgemeinen getrennt hergestellt und dann mit Wachs allein miteinander verbunden in einer Art und Weise, die bei der Herstellung von Wachsschablonen weit verbreitet 1st.
Es hat sich Jedoch gezeigt, daß die mechanische Festigkeit des Wachses, wobei dieser Begriff auch ähnliche, f(ir Gußformschablonen geeignete Materialien umfassen soll, nicht ausreicht, um einen Wachsaufnahmebecher Über einen Wachsabsperrbecher auf der Wachs-Gußtellschablone zu tragen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind mehrere hitzebeständige Trage- und Lageelemente, z.B. aus Keramikmaterial, zvisohen der Wachs-Gußteilschablone und der Wachs-Gutaufnahmeschablone um die Wachsabsperrbecherschablone angeordnet, um die Gutaufnahmeschablone von der Gußteilschablone zu halten, und um die Gutaufnahme-Wacheschablone bezüglich der Gußteilschablone zu positionieren.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an Hand der Figuren näher erläutert, wobei Figur 1 eine perspektivische Zusammenbauansicht einer zusammensetzbaren Wachsschablone zeigt, die bei der Herstellung einer Keramik-Gußform für den Präzisionsfeinguß einer Schaufel einer Gasturbine dient. In Figur 1 ist die Wachs-Gußteilschablone allgemein mit 10 bezeichnet, die im allgemeinen im Spritzgußverfahren als ein StUck der zusammensetzbaren Wachsschablone herstellbar ist, obwohl sie ebenfalls aus mehreren, miteinander verschmolzenen Stücken hergestellt werden kann.
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Eine Waclus-C'fUtbecherschabLone 12, clLo im wesentlichen als rechteckförmLger Wachsblock ausgebildet sein kann, stellt ein weiteres Teil der zusammensetzbaren Schablone der vorliegenden Erfindung dar. Eine Wachs-Absperrbecherschablone 14 wird als ein drittes Element der zusammensetzbaren Schablone erzeugt. Wenn die Absperrbecherschablone 14 mit der Gut-Becherschablone 12 verbunden wird, ist sie mit dem Bodenbereich 16 verbunden und steht vom Bodenteil 16 ab, um zusammen mit der Gut-Becherschablone eine Wachs-Gutaufnahmeanordnung zu bilden. In der Absperrbecherschablone ist ein erstes Ausrichtteil 18 eingeschlossen, das als zylindrisches Element ausgebildet sein kann, welches von der Absperrbecherschablone absteht, vergleiche Figur 1. Die Gußteilschablone 10 enthält einen oberen Bereich 20, in dem ein zweites Ausrichtteil 22 vorgesehen 1st. Die Gußteil-Jbchablone 10 und der obere Bereich 2o bilden die Gußteil-Schablonenanordnung, die in einem Stück oder aus mehreren StUkken hergestellt werden kann.
In Figur 1 ist das Ausrichtteil 22 als ein Hohlraum gezeigt, der bezüglich Gestalt und Position mit dem ersten Ausrichtteil 18 der Absperrbecherschablone 14 zusammen arbeitet. Es sei Jedoch darauf hingewiesen, daß das erste und das zweite Ausrichtteil auf vielerlei Welse vorgesehen sein können. So können z.B. Ansätze und Hohlräume verschiedener Abmessungen und Gestalt in der Absperrbecherschablone oder dem oberen Teil der Gußteil-Schablone vorgesehen sein, um an einer ausgewählten Stelle die Absperrbecherschablone und den oberen Teil der Gußteil-Schablone in Übereinstimmung zu bringen.
Wie schon erwähnt, sind die Abmessungen und das Gewicht einer Wachs-Gutbecherschablone, die zur Herstellung einer selbst gießenden Gußform zur Erzeugung eines Gußteils aus der Gußteil-Schablone erforderlich ist, zu groß, als daß sie lediglich von der Absperrbecherschablone getragen wird, wenn sie sich in Deckuno mit dem Oberteil der Gußteil-Schablone befindet. Erfindungsgemäß sind daher mehrere hitzebeständige Trage-
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und Lageelenente 24 vorgesehen, die in der Zeichnung als Stangen oder Stifte, z.B. aus einem Keramikmaterial, z.B. Aluminiumoxid, dargestellt sind. Da diese Elemente im Gegensatz zum Wachs hitzebeständig sind, werden sie ein Teil der Keramik-Gußform, die mittels der zusammensetzbaren Wachsschablone herstellbar ist. Auf diese Weise liefern die Elemente 24 nicht nur für die Wachs-Gutbecherschablone während der Herstellung der Keramik-Gußform sondern auch für die Keramik-Gußform nach dem Brennen eine Verstärkung. Wie in der dargestellten AusfUhrungsform gezeigt, sind die Trage- und Lageelemente 24 mit dem Bodenbe reich 16 der Gutbecherschablone 12 verbunden und stehen von dem Bodenbereich 16 ab. Die Elemente 24 sind außerhalb, und im allgemeinen um die Absperrbecherschablone 14 angeordnet, um eine gleichförmigere Halterung und genauere Lagefestsetzung zu ermöglichen. Gemäß einer derartigen AusfUhrungsform ist also eine Wachs-Gutaufnahmeanordnung vorgesehen, die die Elemente 24 umfaßt.
In der in Figur 1 dargestellten AusfUhrungsform der Erfindung sind im Oberteil 20 der Gußteil-Schablone mehrere Öffnungen 26 so ausgestaltet und bemessen und angeordnet, daß sie mit den Elementen 24 zusammenwirken und in der richtigen Lage das erste Auerichtteil 18 und das zweite Auerichtteil 22 zur Deckung bringen. Obwohl diese AusfUhrungsform in Figur 1 dargestellt ist, sei z.B. in Verbindung mit der AusfUhrungsform nach Figur 2 bemerkt, daß derartige öffnungen 26 nicht vorhanden sein mUseen, und daß einige oder alle Elemente 24 an einer äusseren Oberfläche der Gußteil-Schablone in der Nähe ihres Oberteils angebracht werden können.
Gemäß einer Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Gutbecherschablone, die Absperrbecherschablone, die Gußteil-Schablone und die Trage- und Lageelemente getrennt vorgesehen. Derartige Elemente und Schablonen werden zu einer zusammengesetzten Wachsschablone dadurch verbunden, daß die Absperrbecherschablone mit der Gutbecherschablone verbunden wird,
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um eine Gutaufnahme-Schablonenanordnung herzustellent und daß die Trage- und Lageelemente zwischen den Oberteil der Gutbecherschablone und einer Gußteil-Schablone befestigt werden, die aus einer Anordnung von Unterschablonen bestehen kann, sofern cues gewünscht ist. Die beiden Schablonenanordnungen werden mittels des ersten und des zweiten Ausrichtteils und mittels der Trage- und Lageelemente miteinander verbunden. Eine derartige zusammengesetzte Wachsschablone kann dann gemäß dem bekannten und weit verbreiteten Verfahren zur Herstellung einer Gußform für Präzisionsfeinguß verwendet werden, wobei die Wachsschablone in eine Reihe von KeramikSchlammbädern eingetaucht wird und eine geeignete Zwischentrocknung vorgenommen wird, um eine Keramikbeschichtung herzustellen, wobei anschließend die Wachsschablorte z.B. durch Schmelzen und Verdampfen entfernt wird und das Keramikmaterial gebrannt wird, um die Gußform zu erzeugen.
Da die erfindungsgemäße zusammengesetzte Wachsschablone aus einer Vielzahl von Anordnungen aufgebaut ist und durch mehrere Halte- und Lageelemente gefestigt und verstärkt ist, kann die Gutbecherschablone einen gewünschten Abstand über die Gußteil-Schablone angehoben werden. Dies ist z.B. nützlich, um dem geschmolzenen Metall in dem Gutbecher der Keramik-Gußform größere Schwerkraftkräfte zu verleiben, wenn das Metall in den Gußteil-Bereich dee Gußteile naoh dem Schmelzen des schmelzbaren Ab sperrteils tropft, wobei das schmelzbare Absperrteil in dem Absperrbecher positioniert sein soll. Eine derartige Anordnung ist in Figur 2 dargestellt, die eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung einer zusammengesetzten Wacheschablone für einen TurbinenflUgel zeigt.
In Figur 2 ist ein erster Wachsansatz 28 (wax extender) zwischen Gutbecherschablone 12 und Absperrbecherschablone 14 angeordnet. Zusätzlich sind zweite Ansätze 30 an der Gußteil-Schablone 10 oberhalb der Wachs-Deckbandschablone 32 angeordnet, um die hitzebeständigen Trage- und Lageelemente 24 aufzunehmen. Wie in der perspektivischen Teilansicht nach Figur 3 gezeigt ist,
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die eine vergrößerte Ansicht von einigen Elementen 24 und einem Ansatz 30 der Figur 2 zeigt, sind die Trage- und Lageelemente 24 bevorzugt an der Seite des Ansatzes 30, und nicht so sehr innerhalb der öffnungen oder Hohlräume im Ansatz, z.B. mit Wachs befestigt. Es läßt sich also feststellen, daß die Befestigung der hitzebeständigen Trage- und Lageelemente zwischen der Gutbecher&chablone 12 und dem Oberteil der Gußteil-Schablone oder deren Ansätze in verschiedener Weise, intern oder extern oder kombiniert intern und extern vornehmbar ist, wobei das Ziel darin besteht, die verschiedenen Komponenten der zusammengesetzten Wachsschablone zu befestigen und die Gutbecherschablone vom Rest der Wachsschablone abzustutzen. In der Anordnung nach Figur 2 arbeitet ein erstes Ausrichtteil 18 des Absperrbechers 14 mit einem zweiten Auerichtteil 22 der Gußteil-Schablone Über die Rippe 34 zusammen, die Teil der FlUgel-Deckbandschablone ist Und kein abstehendes Teil der Gußteil-Schablone darstellt.
Obwohl die in den Figuren dargestellten AusfUhrungsformen zeigen, daß die Absperrbecherschablone im wesentlichen gleichförmig bezüglich des Oberteils der Gußteil-Schablone positioniert ist, hat es sich gezeigt, daß eine derartige Anordnung bezüglich der Gußteil-Schablone variiert werden kann. Zum Beispiel ist es manchmal vorteilhaft, die Absperrbecherschablone bezüglich der Gußteil-Schablonenanordnung in Richtung auf diejenige Fläche der Gußteil-Schablone hin zu verschieben, die während des Gießvorgangs des geschmolzenen Metalls schwieriger zu füllen ist. Auf diese Weise erleichtert die vorliegende Erfindung das Problem des Nichtfüllens der Keramik-Gußform dadurch zu vermeiden, daß der Absperrbecher und der Durchlaß zweckmäßig positioniert werden, durch den das geschmolzene Metall vom Gutbecher durch den Absperrbecher in den Gußteil-Bereich der Gußform fließt.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine verbesserte, zusammengesetzte Wachsschablone herstellbar, die z.B. bei
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Abstützung am Oberteil der Gutbecherschablone verwendet werden kann, um eine verbesserte, verstärkte, unltäre Keramik-Gußfonn der Selbstgieß-Bauart für Präzisionsfeinguß herzustellen.
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Claims (9)

Dr. rer. nat. Horst Schüler PATENTANWALT 6000 Frankfurt/Main 1 20 . Aug. 1977 Kaiserstrasse 41 Dr. Rb . /Vo . /he , Telefon (06] 1)23 55 55 Telex: 04-16759 mapat d Postscheck Konto: 282420-602 Frankfurt/M. Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M. General Electric Company Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer unitären Keramik-Gußform der Selbstgieß-Bauart für Präzisionsfeinguß, wobei ein Keramikschlamm auf einer Wachsschablone abgelagert wird, der Schlamm zur Herstellung einer Kereunikbeschichtung getrocknet wird, die Wachsschablone entfernt wird und anschließend das Keramikmaterial zur Erzeugung der GuBform gebrannt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
(a) separat eine Wachs-Gutaufnahmeschablonenanordnung und eine Wachs-Gußteil-Schablonenanordnung vorgesehen ist, wobei die Wachs-Gutaufnahme-Schablonenanordnung enthält :
i) eine Wachs-Gutbecherschablone mit einem Bodenteil, und
ii) eine Wachs-Absperrbecherschablone, die vom
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Bodenteil absteht und ein erstes Ausrichtteil aufweist,
wobei die Wachs-Gußteil-Schablonenanordnung enthält :
i) eine Gußteil-Schablone mit einem Oberteil,
und
ii) eir zweites Ausrichtteil im Oberteil, das derart gestaltet ist, daß es mit dem ersten Ausrichtteil der Absperrbecherschablone zusammen wirkt, um die Gußteil-Schablonenanordnung und die Gutaufnahme-Schablonenanordnung zur Deckung zu bringen und in beabstandeter Beziehung zu halten,
(b) daß mehrere hitzebeständige Trage- und Lageelemente vorgesehen sind,
(c) die die Gutaufnahme-Schablonenanordnuxi, an der Gußteil-Schablonenanordnung zur Erzeugung einer zusammengesetzten Wachsschablone befestigen :
i) mittels des ersten und des zweiten Ausrichtteils, und
ii) mittels der Trage- und Lageelemente, wobei die Elemente zwischen der Gutaufnahme-Schablonenanordnung und der Gußteil-Schablonenanordnung eingesetzt sind und im allgemeinen um die Absperrbecherschablone angeordnet sind, und
(d) daß eine verstärkte, unitäre Keramik-Gußform für Präzisionsfeinguß aus der zusammengesetzten Wachsschablone hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ausrichtteil als ein an der Absperrbecherschablone sitzender Ansatz ausgebildet ist, dui3 die hitzebeatändigen Trage- und Lageelemente zuerst mit der Gutbecherschablone verbunden werden und von dieser abstehen, daß die Elemente aus Keramikmaterial bestehen
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und außen an der Absperrbecherschablone, und im allgemeinen um die Absperrbecherschablone herum angeordnet sind, und daß das zweite Ausrichtteil als eine Ausnehmung in der Gußteil-Schablonenanordnung auegebildet ist.
3· Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trage- und Lageelemente als Stangen aus Aluminiumoxid ausgebildet sind.
4. Zusammengesetzte, unitäre Gußformschablone für Präzisionsguß,
gekennzeichnet durch:
(a) eine Wachs-Gutaufnahme-Schablonenanordnung (12, 14), die enthält :
i) eine Wachs-Gutbecherschablone (12) mit
einem Bodenteil (16) und
Ii) eine Wachs-Absperrbecherschablone '14), die von dem Bodenteil (16) absteht und einen ersten Ausrichtteil (18) aufweist,
(b) eine Wachs-Gußteil-Schablonenanordnung (10, 20), die enthält :
1) eine Gußteil-Schablone (10) und ii) ein zweites Ausrichtteil (22), das derart ausgebildet ist, daß es mit dem ersten Ausrichtteil (18) der Absperrbecherschablone (14) zusammen wirkt und an dem ersten Ausrichtteil (18) befestigbar ist, um die Gußteil-Schablonenanordnung und die Gutaufnahme· Schablonenanordnung zur Deckung zu bringen und in beabstandeter Beziehung zu halten, und
(c) daß mehrere hitzebeständige Trage- und Lageelemente (24) vorgesehen sind, die zwischen der Gutbecherschablone (12) und der Gußteil-Schablone (10, 20) eingefügt sind und sich zwischen
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Gutbecherschablone und Gußteil-Schablone er strecken, und daß die Elemente im allgemeinen um die Absperrbecherschablone angeordnet sind.
5. Schablone nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausrichtteil (18) als Ansatz an die Absperrbecherschablone (14) ausgebildet ist, daß das zweite Ausrichtteil (22) als Ausnehmung (22) in der Gußteil-Schablone (20, 10) ausgebildet ist, und daß die Trage- und Lageelemente (24) aus Keramikmaterial bestehen.
6. Schablone nach Anspruch 5»
dadurch gekennzeichnet, daß die Trage- und Lageelemente (24) als Stangen aus Aluminiumoxid ausgebildet sind.
7. Unitäre Keramik-Gußform der Selbstguß-Bauart für Präzisionsfeinguß ,
gekennzeichnet durch :
(a) einen Gutbecher,
(b) einen GußteilrBereich in beabstandeter Beziehung zu dem Gutbecher,
(c) einen Absperrbecher, der den Gutbecher mit dem Gußteil-Bereich verbindet, und
(d) mehrere hitzebeständige Trage- und Lageelemente, die um den Absperrbecher angeordnet sind und sowohl mit dem Gutbecher als auch dem Gußteil-Bereich der Gußform verbunden sind.
8. Gußform nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trage- und Legeelemente aus Keramikmaterial bestehen.
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9. Gußform nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trage- und Lageelemente als Stangen aus Aluminiumoxid ausgebildet sind.
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