DE2837286A1 - Giessformaufbau und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

TRW INC. 24. August 1978

23555 Euclid Avenue

Cleveland. Ohio 44117 / V.St.A. Unser Zeichen: T 3148

Gießformaufbau und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen neuen, verbesserten Formaufbau und ein Verfahren zu dessen Herstellung, insbesondere einen in Segmente unterteilten keramischen Formaufbau, der 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 die verhältnismäßig dünnen Bereiche des Gegenstandes bereits verfestigen, während die verhältnismäßig dicken Bereiche des Gegenstandes sich 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 Wabe auf, die mit radial abstehenden Flügeln bzw. Schaufeln einstückig gegossen sind. Die Nabe ist verhälznismäßig dick, während die

9098 11/07 87

Schaufeln verhältnismäßig dünn sind. Beim einstückigen Gießen der Nabe und der Schaufeln können sich Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß die Schaufeln sich bereits verfestigen, während sich der Nabenbereich noch im Schmelzzustand befindet.

Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Formaufbaus. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von Gießformen für die Formung vieler verschiedener Gegenstände verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es zur Herstellung eines Formaufbaus zum Gießen eines einstückigen Turbinentriebwerkteils mit Bereichen verschiedener Dicke.

Der Formaufbau umfaßt eine Vielzahl miteinander verbundener Formteile. Die Teile des Formaufbaus, in denen ein verhältnismäßig dünner Teil eines Gegenstandes gegossen werden soll, hat ein geringeres Wärmeableitungsvermögen als der Abschnitt des Formaufbaus, in dem ein verhältnismäßig dicker Teil des herzustellendes Gegenstandes gegossen werden soll. Wie allgemein bekannt ist, verändert sich das Wärmeableitungsvermögen bzw. die Wärmeableitungsgeschwindigkeit abhängig von der Wärmeleitfähigkeit, der spezifischen Wärme und der Dichte des Gießmaterials. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die unterschiedlichen Wärmeableitungsgeschwindigkeiten dadurch erreicht, daß der Formaufbau mit Wänden unterschiedlicher Dicke hergestellt wird. Zur Ausbildung eines Gießhohlraums, in dem der dicke Teil des Gegenstandes gegossen wird, werden verhältnismäßig dünnv/andige Formteile verwendet. Dickwandige Formteile werden demgegenüber zur Ausbildung des Formhohlraums verwendet, in dem die dünnen Teile des Gegenstandes gegossen werden. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Zusammensetzung der Formteile unterschiedlich, so daß sich dadurch verschiedene Wärmeableitungsgeschwindigkeiten einstellen. Die Formwandteile bzw. Formwandabschnitte, die dem verhältnismäßig dicken Bereich eines Gußteils zugeordnet sind, sind dabei aus einer Masse hergestellt, die ein relativ hohes Wärmeableitungsvermögen hat, damit die Erstarrung des dicken Bereichs

90981 1/0787

des Gußteils dadurch beschleunigt wird.

Demgemäß ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines neuen, verbesserten Formaufbaus mit dickwandigen und dünnwandigen Formabschnitten, die zu unterschiedlichen Wärmeableitungsgeschwindigkeiten von den verschiedenen Bereichen eines Gußteils führen.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuen, verbesserten Formaufbaus, der einen Teil aufweist, welcher aus einem Material mit einem verhältnismäßig hohen Wärmeableitungsvermögen gebildet ist, und einen anderen Teil hat, der aus einem Material mit verhältnismäßig niedrigem Wärmeableitungsvermögen besteht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 einen gegossenen Verdichterrahmen eines Turboluftstrahltriebwerks,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Gießformaufbau zum Gießen des in Fig. 1 dargestellten Verdichterrahmens des Turboluftstrahltriebwerks,

Fig. 3 einen radialen Schnitt durch den in Fig. 2 dargestellten Gießformaufbau, der die Form der verschiedenen Abschnitte erkennen läßt,

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

Fig. 5 ein zur Formung der Nabenbereiche des in Fig. 2 dar-

909811/0787

gestellten Formaufbaus verwendetes Gießmodell,

Fig. 6 einen Strahltriebwerksteil mit einem relativ dicken Nabenbereich und relativ dünnen Schaufelabschnitten,

Fig. 7 einen Teilschnitt eines Bereichs des Formaufbaus mit dickwandigen und dünnwandigen Formteilen und

Fig. 8 einen Teilschnitt durch einen Bereich des Formaufbaus mit Formteilen, die aus unterschiedlichen Zusammensetzungen bestehende Wände haben.

In Fig. 1 ist ein Verdichterrahmen bzw. ein Eingangskanal 2o für ein.Turboluftstrahltriebwerk dargestellt. Der Verdichterrahmen 2o für das Turboluftstrahltriebwerk weist eine ringförmige zentrale Nabe bzv/. Wand 22 auf, vonder mehrere Streben oder Rippen 24 radial auswärts zu einem Außenring bzw. einer ringförmigen Außenwand 26 mit relativ großem Durchmesser laufen. Wenn der Verdichterrahmen 2o in einem Turboluftstrahltriebwerk eingebaut ist, trägt die Innenwand bzw. der Nabenteil 22 ein Ende des Verdichterrotors. Die Streben bzw. Rippen 24 führen einen Luftstrom durch den Zwischenraum zwischen dem Außenring bzw. der Außenwand 26 und dem Nabenteil nach hinten zu dem Verdichter hin. Die hohlen Streben 24 werden zugleich auch zur Aufnahme von Leitungen und anderen (nicht dargestellten) Teilen verwendet, die von der Außenseite des Außenringes 26 zur Innenseite der Nabe 22 geführt sind. Da der Außenring 26 des Verdichterrahmens 2o des Turboluftstrahltriebwerks einen verhältnismäßig großen Durchs messer hat, d.h. einen Durchmesser, der 1o16 mm (4o inches) übersteigt, und da verhältnismäßig geringe Abmessungstoleranzen bei der Herstellung eines Verdichtermantels erforderlich sind, damit dieser in einem Turboluftstrahltriebwerk einwandfrei arbeitet, wurden bislang verhältnismäßig große Verdichterrahmen bzw. -mantel durch das Zusammenfügen einer großen Anzahl von Gussteilen, Blecheinzelteilen und Schmiedeteilen hergestellt. Wenn auch in Fig. 1 nur ein Verdichterrahmen bzw. -mantel 2o für ein Turboluftstrahltriebwerk dargestellt ist, versteht es

909811/0787

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 Strahltriebwerksverdichterrahmen ist in einem Stück in einem in Segmente unterteilten Formaufbau 3o gegossen (siehe Fig. 2). Der Formaufbau 3o ist so aufgebaut, wie dies in der US-PS 4 066 1.16 •offenbart ist, und umfaßt mehrere Eingußtrichter 32, die in einem Nabenbereich 34 des Formaufbaus angeordnet sind. Der Nabenteil 34 des Formaufbaus 3o ist mit einem kreisförmigen Außenringteil 36 des Formaufbaus durch mehrere radial verlaufende Strebenabschnitte 38 verbunden.

Wie vielleicht am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist jeder der Eingußtrichter 32 unmittelbar medienleitend mit dem Nabenteil 34 des Formaufbaus 3o durch die Eingußkanäle 42 verbunden. Der Nabenteil 34 des Formaufbaus 3o wiederum ist mit dem Außenring 36 des Formaufbaus durch die Streben 38 medienleitend verbunden. Obgleich die dargestellten Eingußkanäle 42 nur den Eingußtrichter 32 mit dem Nabenteil 34 des Formaufbaus 3o verbinden, können selbstverständlich dem äußeren Ringteil 36 des Formaufbaus gegebenenfalls auch noch zusätzliche Eingußkanäle und/oder Eingußtrichter zugeordnet werden. Beim Eingießen einer Metallschmelze in die Eingußtrichter 32 des Formaufbaus 3o fließt diese in einen ringförmigen Nabengießraum 46 (Fig. 3), die radial verlaufenden Strebengießräume 48 und in einen kreisförmigen Außenringgießraum 5o. Dadurch entsteht ein einteilig gegossener Verdichterrahmen für ein Turboluftstrahltriebwerk mit einstückigem Aufbau.

Die Gießform 3o ist aus einer Vielzahl von Formteilen gebildet^ die zur Herstellung der verschiedenen Gießhohlräume 46,48, 5o miteinander verbunden sind. Obgleich die Gießform 3o für den Strahltriebwerks-Verdichterrahmen verhältnismäßig groß ist, ist es durch ihren Aufbau aus einer Vielzahl kleiner Formteile

909811/0787

- Io -

möglich, jeden Formabschnitt exakt herzustellen. Diese Formabschnitte können dann in einen Paßrahmen bzw. 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 3o leicht inspiziert werden können. Wenn während der Inspektion irgendwelche Fehler festgestellt werden, können die fehlerhaften Gießformteile entweder repariert oder durch exakt hergestellte Gießformabschnitte ersetzt werden. Aus diesem Grund weist der Nabenteil 34 der Gießform 3o eine regelmäßige kreisförmige Anordnung von Nabenplattenformteilen 54 (Fig. 4) auf, die Hauptseitenflachen 56 haben, deren Form der Form der Bereiche einer ringförmigen Innenseitenfläche 58 (Fig. 1) der Nabe 22 des Strahltriebwerkverdichterrahmens entspricht. Eine zweite regelmäßige kreisförmige Gruppierung von Nabenformteilplatten ist radial auswärts der Mabenformteilplatten 54 (Fig. 4) angeordnet. Die Nabenformteilplatten. 58 haben Hauptseitenflächen 6o, deren Form der Form von Bereichender Außenfläche 64 (Fig. 1) der Nabe 22 entspricht.

Mehrere Abschlußkappen bzw. Stirnwände 68 erstrecken sich zwischen den koaxialen, kreisförmigen Gruppen der Nabenformteilplatten und 58 und verschließen dabei die Oberseite des Nabenformhohlraüms 46» In gleicher Weise wirken die unteren Kappen bzw. 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)_o Die Formteile und 58 können auch auf einem geeigneten Paßrahmen bzw. Halterahmen in umgekehrter Lage zusammengesetzt werden, so daß der Nabenbereich mit dem gröSeren Durchmesser auf der Unterseite liegt.

Der äußere Ringteil 36 der Gießform 3o ist weitgehend in der

90981 1/0787

gleichen Weise aufgebaut wie der Nabenteil 34. Der äußere Ringteil 36 weist daher eine regelmäßige kreisförmige Anordnung von Ringformteilplatten 76 (Fig. 2) auf, deren Innenflächen eine Form haben, die der Form der Bereiche einer ringförmigen inneren Seitenfläche 78 (Fig. 1) des Strahltriebwerk-Verdichterrahmens entsprechen. Außerhalb der kreisförmigen inneren Gruppierung von Ringformteilplatten 76 und koaxial dazu ist eine zweite kreisförmige Gruppe von Ringformteilplatten 82 (Fig. 2) angeordnet. Die Formabschnitte 82 weisen Innen- bzw. Formflächen auf, die der Form der Abschnitte der ringförmigen Außenfläche 84 (Fig. 1) des äußeren Ringteils 26 des Strahltriebwerk-Verdichterrahmens entsprechen.

Die oberen und unteren Stirnbereiche der äußeren Formteile 76 und 82 sind durch Verschlußkappen bzw.-platten 88 und 9o ( Fig. 3) miteinander verbunden. Die Abschlußplatten 88 und 9o wirken mit den Außenringformteilplatten 76 und 82 zusammen und verschließen den Außenringformhohlraum 5o in der gleichen Weise wie dies zuvor bei den Stirnwänden bzw. Abschlußkappen 68 und 72 der Nabenform beschrieben worden ist. Die kreisförmige Gruppierung der Außenringformteile 76 und 82 umschließen die kreisförmige Gruppierung der Nabenformteilplatten 54 und 58 koaxial.

Sowohl der Nabenteil 34 als auch der Außenringteil 36 der Form sind aus getrennten Formabschnitten hergestellt, so daß die zur Formung der Metallschmelze in dem ringförmigen Nabenformhohlraum 46 oder dem ringförmigen Außenringformhohlraum 5o Flächen freiliegen und einer Sichtkontrolle zugänglich sind. Defekte Formteile können dann natürlich 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 Strahltriebwerk-Verdichterrahmen 2o einstückig gegossen wird, können die sehr umfangreichen Schweiß- und Lötarbeiten, die bislang zur Herstellung großer Strahltriebwerk-Verdichterrahmen nötig waren, entfallen.

90981 1/0787

Der relativ große Strahltriebwerk-Verdichterrahmen 2o wird zusammenhängend in einstückiger Form in einem Präzisions-Investmentguß bzw. einem Wachsausschmelzverfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren werden die Wachsmodelle, die eine der Formgebung der verschiedenen Formteile entsprechende Gestalt haben, in eine Aufschlämmung eines keramischen Formmaterials eingetaucht. Nachdem die Wachsmodelle zur Ausbildung einer Marbel schicht einer gewünschten Dicke wiederholt eingetaucht und getrocknet worden sind, werden der Mantel bzw. der überzug und dad Modell auf eine Temperatur erhitzt, die zum Schmelzen des Wachsmodells ausreicht, so daß der überzug von dem Wachsmodell befreit wird. Die Form kann auch nach vielen anderen Verfahren von dem Wachs befreit werden, beispielsweise durch die Verwendung von Lösungsmitteln oder Mikröwellenenergie. Zumindest ein Teil des feuchten Aufschlämmungsüberzugs wird von den Wachsmodellteilen abgestreift, so daß die verschiedenen Formteile leicht getrennt werden können, sobald das Wachsmodell aufgeschmolzen ist. Diese Formteile werden dann in einem geeigneten Paßrahmen zur Herstellung des Formaufbaus 3o gemäß Fig. 2 zusammengesetzt.

Zur Herstellung der Strebenformteile wird ein Wachsmodell (nicht dargestellt) 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 Wachsmodell 174 (Fig. 5) verwendet. Zur Herstellung der Außenringformteilplatten 76 und 82 werden Wachsmodelle verwendet, die in ihrer Form dem Wachsmodell 174 (Fig; 5) entsprechen, jedoch die Eingußkanäle nicht aufweisen. Dabei versteht es sich, daß die verfügbaren Modelle auch aus anderen Materialien als Wachs hergestellt werden können, so kann beispielsweise auch ein Kunststoffmodellmaterial wie Polystyrol verwendet werden, falls dies erwünscht ist.

Zur Herstellung der Nabenformteilplatten 54 und 58 wird das Wachsmodell 174 wiederholt in eine flüssige Aufschlämmung oder Trübe aus keramischem Formmaterial eingetaucht. Obgleich dabei viele

90981 1/0787

verschiedene Arten solcher Aufschlämmungen benutzt werden können, enthält eine beispielhafte Aufschiämmung erschmolzene Kieselsäure, Zirkon oder andere feuerfeste Materialien in Kombination mit Bindemitteln. Dabei können chemische Bindemittel wie Äthylsilikat, Natriumsilikat und kolloidale Kieselsäure verwendet werden. Zusätzlich kann dip Aufschlämmung auch geeignete Filmbildner wie Alginate zur Steuerung der Viskosität und Befeuchtungsmittel zur Steuerung der Fließeigenschaften und der Modellbefeuchtungsfähigkeit enthalten.

In der üblichen Weise enthält der zuerst auf das Modell 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 1/10 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 see liegt» gemessen mit einer Zahntasse Nr. 5 bei 24 Grad Celsius bis 29,5 Grad Celsius (75 - 85 Grad Fahrenheit). 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 Tauchüberzug vor dem nachfolgenden Eintauchen getrocknet. Das Modell wird wiederholt und oft genug getaucht und getrocknet, so daß ein Überzug bzw. Mantel aus keramischem Formmaterial der erwünschten Dicke aufgebaut wird. In einem speziellen Fall wurde das Modell fünfzehnmal getaucht und dabei ein Mantel mit einer Dicke von etwa 10,2 mm (0,400 inches) 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 (1900 Grad Fahrenheit) gebrannt, damit sie durchgehend aushärten.

90981 1/0787

8*3 "7 4 /

Zur Herstellung der gewünschten Forinteilgestalt umfaßt das Wachsmodell 174 (Fig. 5) eine Hauptwand bzw. einen Plattenabschnitt 176, der eine Bogenform itiit einer Ringausdehnung von 6o Grad hat. Der Hauptwandteil 176 umfaßt eine radial innenliegende Hauptseitenfläche 178, deren Form der Form der radial innen liegenden Fläche 58 (Fig. 1) des Strahltriebwerk-Verdichterrahmens 22 entspricht. Eine radial außenliegende Hauptseitenfläche 18o des Wandteiles 176 hat eine der Form der Außenfläche 64 des riabenteils 22 des Strahltriebwerk-Verdichterrahmens entsprechende 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 (nicht dargestellt) hergestellt, der einen Ansatz bzw. eine Basis zur Verbindung mit den Strebenformteilen bildet.

Da jede der Nabenformteilplatten 54 und 58 mit benachbarten Formteilen an Flanschstößen miteinander verbunden sind, sind an entgegengesetzt liegenden Enden der Hauptwand 176 Modellflanschplatten 188 und 19o (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 Flanschplatten 188 und 19o jeweils ein Paar nach außen gerichteter Seitenflächenbereiche 198, von denen in Fig. 5 nur einer dargestellt ist, die die ebenen Flanschflächen der äußeren Nabenformteilplatte 58 genau formen. Die Flanschtafel 188 weist eine ebene, rechtwinklige Hauptaußenflache 2o2 auf, die mit den Haupfcseitenflachenberexchen 192 und 198 durch mehrere längsverlaufende Rand- bzw. Schmalseitenflächen 2o4,2o6,2o8,21o verbunden sind. Obgleich in Fig. 5 nur die Form der Flanschplatte 188 vollständig dargestellt ist, versteht es sich aber, daß die Flanschplatte 19o die gleiche Gestalt hat. Dabei ist darauf hinzm-ieisen, daß die Hauptseitenfläche 2o2 und die Schmalseitenflächen 2o4,2o6,2o8 und 21 ο der Modellflanschplatte 188 keiner der Flächen

90981 1/0787

2837288

der Nabenformteilplatten 54 und 58 entsprechen.

Da die Haupt-Außenseitenflächen 2o2 der Modellflanschplatten 188 und 19o Bereichen der Nabenformteile nicht entsprechen, muß der Überzug aus keramischem Material dieser Außenseitenplatten von den Keramiküberzügen der Wandflächen 178 und 18o der inneren Seitenflächenbereiche 192,194 und 197 der Flanschtafeln getrennt werden. Zusätzlich muß das keramische Formmaterial, das über die innere Hauptseitenfläche 178 der Modellwand 176 aufgebracht ist, von dem Keramikformmaterial getrennt werden, das über der äußeren Hauptseitenfläche 18o der Formwand 176 liegt.

Die Trennung des gehärteten keramischen Formmaterials, das die äußeren Hauptseitenflächen 2o2 der Modellflanschplatten 188 und 19o überzieht, von dem gehärteten keramischen Formmaterial, das die Hauptseitenflächen 178 und 18o der Plattenwand 176 überzieht, wird wesentlich durch das Abstreifen des feuchten Tauchüberzugs auf den Schmalseitenflächen der Flanschplatten unmittelbar nach dem Eintauchen des Modells in die Aufschlämmung aus dem keramischen Formmaterial erleichtert. In gleicher Weise wird die Trennung des ausgehärteten keramischen Formmaterials, das die inneren und äußeren Hauptseitenflächen 178 und 18o der Plattenwand 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 Hauptseitenflächen 178 und 18o der Plattenwand 176 verlaufen.

Die Art, in der das Abstreifen des feuchten Überzugs aus keramischem Formmaterial erfolgt, das die verschiedenen Schmalseiten bzw. Randflächen des Modells 174 bedeckt, ist in der US-PS 4 o66 116 beschrieben. Nachdem das Modell 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 12o der Modellflanschplatte 188 bedeckenden Aufschlämmungs-

90981 1/0787

283728

Überzugs wird eine Metallklinge verwendet. Natürlich werden auch die anderen Schitialflachen 2o4,2o6 und 2o8 der Modellflanschplatte 188 mit der Klinge abgstreift, 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 Flanschseitenfläche 2o2 bedeckt, von dem Überzug aus keramischem Formmaterial getrennt, der den verbleibenden Teil des Modells 174 bedeckt. Der feuchte Überzug aus dem keramischen Formmaterial wird dann von den Schmalseiten der Modellflanschplatte 19o abgestreift. Dadurch wird der Teil des Überzugs aus dem feuchten keramischen Formmaterial, der die Hauptseitenfläche des Flansches 19o bedeckt, von dem feuchten Überzug aus keramischem Formmaterial getrennt, der den.Rest des Modells 174 bedeckt.

Die Bereiche des Überzugs aus dem feuchten keramischen Formmaterial, die die Hauptseitenflächen 128 und 19o bedecken, werden voneinander getrennt. Dazu wird der Teil des feuchten Überzugs aus dem keramischen Formmaterial abgestreift,der die schmalen Seitenrandflachen 126 bedeckt. Schließlich wird auch die obere Randfläche 124 des Modells 173 mit der Klinge abgestreift und damit die Entfernung des feuchten Überzugs aus dem keramischen Formmaterial von den Verbindungsflächen des Modells 174 abgeschlossen.

Es ist festzustellen, daß die vorangehend beschriebenen Abstreifschritte den feuchten Überzug aus keramischem Formmaterial, der das Modell 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, einem Nabenformteil 54 und das Segment des feuchten Tauchüberzugs, das die äußere Hauptseitenfläche 18o der Modellwand 176 bedeckt, dem Nabenformteil 58. Die feuchten

909811/0787

Tauchüberzugsegmente, die die äußeren Hauptseitenflächen der Modellflanschplatten 188 und 19o bedecken, entsprechen keinem der Formteile.

Da das Modell 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 2o4 der Modellflanschplatte 188 ist ein überzug 218 aus dem keramischen Formmaterial, der die Seitenfläche 2o2 der Flanschplatte bedeckt, von einem Überzug 22o getrennt, der die innere Seitenfläche 198 des inneren Modellflanschplatte und die Hauptseitenfläche 178 der Modellwand 176 bedeckt. Wenn das Wachsmodell ausgeschmolzen ist, wird der getrocknete überzug 128 aus keramischem Formmaterial, der der Flanschplattenfläche 2o2 des Modells aufliegt, von dem getrockneten überzug 22o aus keramischem Formmaterial getrennt, der die Flanschplattenfläche 198 und die Seitenwandflache 178 bedeckt. Entsprechend wird ein überzug 224 aus getrocknetem keramischem Formmaterial, der die Flanschfläche 198 sowie die Außenwandfläche T8o des Modells bedeckt, von dem überzug 128 getrennt, der die Hauptaußenfläche 2o2 der Flanschplatte des Modells bedeckt.

Fig. 6 zeigt einen Bauteil 28o eines Turbinentriebwerks, der einen verhältnismäßig dicken Nabenteil 282 aufweist, von dem relativ dünne Turbinenflügel bzw. 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 zuläßt, 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

9 09811/0787

:837286

schaden naturgemäß der Festigkeit. Obgleich viele verschiedene Arten von Fehlern bei unterschiedlichen Metallen auftreten können, handelt es sich bei den meisten zu beseitigenden Fehlern um Mikroporosität und Einschlüsse. Hinzukommt, daß durch die Steuerung der WärmeableiLungsgeschwindigkeit auch das Kristallgefüge und die Kristallgröße steuerbar ist.

Obgleich der Turbinentriebwerksteil 28o in Fig. 6 mit Schaufeln 284 dargstellt ist, denen kein Außenring bzw. Außenmantel entsprechend dem Außenring 26 des in Fig. 1 dargestellten Turbinentriebwerksteils 2o zugeordnet ist, ist dennoch vorgesehen, daß auch dem Turbinentriebwerksteil 28o 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.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der Turbinentriebwerksteil 28o in einem Formaufbau 288 gegossen, von dem 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 den Formaufbau 3o erläutert worden ist.

Der Formaufbau 288 umfaßt Teile mit unterschiedlichem Wärmeableitungsvermögen. Daher hat ein Formteil 29o, in dem eine Turbinenschaufel bzw. Turbinenflügel 284 gegossen wird, ein verhältnismäßig geringes Wärmeableitungsvermögen, während ein Formteil 224, in dem die Nabe 282 gegossen wird, ein verhältnismäßig großes Wärmeableitungsvermögen hat. Das unterschiedliche Wärmeableitungsvermögen führt zu einer Förderung des Erstarrungs-'vorgangs der relativ dicken Nabe 282 und zu einer Verzögerung

909811/0787

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 29o und 294 auf unterschiedliche Weise erreicht werden kann. Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform hat der Schaufelformteil 29o eine relativ große Wandstärke, wodurch die Wärmeableitung von den relativ dünnen Schaufeln bzw. Flügeln 284 verlangsamt wird. Der Nabenformteil 294 hat demgegenüber eine relativ geringe Wandstärke, so daß die Wärme von der relativ dicken 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 keramischem 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 eine Verbindungsstelle zwischen den Formteilen 29o udn 294 vorgesehen ist, entfernt wird. Die relativ dicke Wand des Schaufelformteils 29o 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 Auf-

909811/0787

- 2ο -

bau eines verhältnismäßig dünnen Überzugs aus keramischem Formmaterial eingetaucht. Der dünnwandige Nabenformteil 294 und viele dickwandige Schaufelformteile 29o werden dann in der zuvor beschriebenen Weise zum Aufbau einer Form miteinander verbunden, in der der Turbinentriebwerksteil 28o gegossen wird.

Der dünnwandige Nabenformteil ist im Hinblick auf die Isolierung der Nabe nicht so wirksam wie die verhältnismäßig dickwandigen Schaufelformteile 29o. 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 Form 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 Schauf.elformteil 298 (Fig» 8) itfird 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 Teilchengröße 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

90981 1/0787

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 Wärmeableitungsver-r mögen im Bedarfsfall verwendet werden.

Die beiden Formteile 298 und 3o4 sind an ihren Stoßstellen in der Weise miteinander verbunden, wie dies zuvor bereits im Hinblick auf den Formaufbau 3o beschrieben worden ist. Das führt zu einem Formaufbau 3o6 mit einem Nabenformteil 3o4, der ein relativ hohes Wärmeableitungsvermögen hat, und mit einem Schaufelformteil 298, der ein relativ geringes Wärmeableitungsvermögen hat. Obgleich dabei die Formteile 298 und 3o4 iie gleiche Dicke haben, ist es auch möglich, diese mit unterschiedlicher Dicke herzustellen, wozu die zugehörigen Modelle verschieden oft mit der Aufschlämmung aus keramischem Material und dem Beschichtungsmaterial überzogen werden»

Unter gewissen Bedingungen kann es wünschenswert sein, beide Formteile aus vollständig verschiedenen Materialien 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 Formmaterial getaucht werden, daß ein geringes Wärmeableitungsvermögen hat. So kann beispielsweise ein einem dicken Teil eines herzustellenden Gegenstandes zugeordnetes Model in eine Aufschlämmung eingetaucht werden, die einen Zirkonzusatz hat, während das andere Modell in eine Aufschlämmung eingetaucht

9098 1 1/0787

wird, die einen Zusatz aus gebranntem Silikat hat.

Hn anderer Weg zur Steuerung der Wärmeableitungsgeschwindigkeit der Formteile ist deren Ausbildung mit unterschiedlicher Porosität. Der Schaufelformteil kann dabei aus 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 deutlich, 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 Bereiche 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 werden, daß der Formteil, in dem der dünne Bereich eines Gegenstandes gegossen wird, ein hohes Wärmeableitungsvermögen hat, während der Formteil, in dem der dicke Bereich des Gegenstandes gegossen wird, nur ein geringes Wärmeableitungsvermögen hat.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das unterschiedliche Wärmeableitungsvermögen dadurch erreicht, daß der Formaufbau 288 mit Wänden unterschiedlicher Dicke ausgebildet ist. Dabei ist ein relativ dünnwandiger Teil 294 zur Ausbildung eines Formteils vorgesehen, in dem ein dicker Wabenteil des herzustellenden Gegenstandes gegossen wird. Dickwandige Formteile 29o werden demgegenüber zur Herstellung von Formhohlräumen verwendet, in denen die dünnen Schaufelteile des herzustellenden Gegenstandes

909811/0787

gegossen werden. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Zusammensetzung der Formteile verschieden, um unterschiedliche Wärmeableitungsbedingungen zu schaffen. Der Formwandteil 3o4, der dem verhältnismäßig dicken Nabenteil des Gußstückes zugeordnet ist, wird dabei aus einer Substanz ausgebildet, die ein verhältnsimäßig hohes Wärmeableitungsvermögen hat, um die Erstarrung des Nabenteils des Gußstücks zu fördern. Die Schaufelformteile 298 sind demgegenüber aus einem Material hergestellt, das ein verhältnismäßig niedriges Wärmeableitungsvermögen hat, um die Erstarrung der Schaufeln zu verzögern.

Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführungen nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung, in deren Rahmen noch mancherlei Änderungen möglich sind.

909811/0787

Claims (8)

1. Patentanwälte

   Dipl -Ing. Dipl -Chem. Dipl.-Ing.

   E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

   Ernsbergerstrasse 19

   8 München 60

   TRW INC. 24. August 1978

   23555 Euclid Avenue

   Cleveland, Ohio 44117 / V.St.A.

   Unser Zeichen: T 3148

   A η s ρ r ü c he;

   1, Verfahren zur Herstellung einer Gießform, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere getrennte verlorene Modelle hergestellt werden, die jeweils einen Oberflächenbereich haben, dessen Form einem Teil eines Oberflächenbereichs eines Gußteils entspricht, daß die verlorenen Modelle wenigstens teilweise mit einem feuchten überzug aus keramischem Formmaterial versehen werden, der auf den Modellen getrocknet wird, wobei das Überziehen und Trocknen bei einem ersten Modell zum Aufbau eines verhältnismäßig dicken Überzugs aus keramischem Formmaterial in einer ersten Anzahl wiederholt wird, während das überziehen und Trocknen beim zweiten Modell zum Aufbau eines verhältnismäßig dünnen Überzugs aus keramischem Formmaterial weniger oft wiederholt wird als dem ersten Modell, daß weiterhin der relativ dicke Überzug aus keramischem Formmaterial zur Herstellung eines relativ dickwandigen Formteils von dem ersten Modell und der relativ dünne überzug aus keramischem Formmaterial zur

   909811/0787

   Herstellung eines dünnwandigen Formteils von dem zweiten Modell getrennt wird und daß die relativ dick- und dünnwandigen Formteile zu wenigstens einem Teilbereich des Formaufbaus verbunden werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Modell zur Herstellung des Überzugs in flüssiges keramisches Formmaterial einer ersten Zusammensetzung und das zweite Modell zur Herstellung des zugehörigen Überzugs in ein flüssiges keramisches Formmaterial einer zweiten Zusammensetzung eingetaucht wird, die sich von der Zusammensetzung des ersten Formmaterials unterscheidet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Modell wenigstens teilweise mit einem Überzug aus einem keramischen Formmaterial versehen wird, das nach der Trocknung ein erstes Wärmeableitungsvermögen hat, und daß das zweite Modell wenigstens teilweise mit einem Überzug aus einem keramischen Formmaterial versehen wird, das nach dem Trocknen ein zweites Wärmeableitungsvermögen hat, das größer ist als das Wärmeableitungsvermögen des Überzugs des ersten Modells.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das überziehen des ersten Modells durch Eintauchen in ein flüssiges keramisches Formmaterial und Herstellen eines feuchten Überzuges sowie durch Beschichten des feuchten Überzuges mit einem ersten Material erfolgt und daß das überziehen des zweiten Modells durch dessen Eintauchen in ein flüssiges keramisches Formmaterial und die Ausbildung eines feuchten Überzuges sox-7is die Beschichtung des feuchten Überzuges mit einem zweiten Material erfolgt, das sich von dem ersten Material unterscheidet, so daß die beiden Modelle Überzüge mit unterschiedlichen Eigenschaften erhalten.

   909811/0787
5. 5. Verfahren zur Herstellung einer Gießform, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere unabhängige verlorene Modelle ausgebildet werden, die jeweils einen Oberflächenbereich haben, dessen Form einem Teil des Oberflächenbereiches eines Gußerzeugnisses entspricht, daß jedes der verlorenen Modelle wenigstens teilweise mit einem feuchten Überzug aus keramischem Formmaterial versehen wird und die feuchten Überzüge auf den Modellen gerocknet werden, daß weiterhin das überziehen und Trocknen solange wiederholt wird bis auf den Modellen ein Überzug aus keramischem Formmaterial der gewünschten Dicke entsteht, wobei das erste Modell wenigstens teilweise mit einem Überzug versehen wird, der ein erstes Wärmeableitungsvermögen hat, während das zweite Modell wenigstens teilweise mit einem Material überzogen wird, das ein zweites Wärmeableitungsvermögen aufweist, welches größer ist als das Wärmeableitungsvermögen des ersten Überzugs, und daß der Überzug von dem ersten Modell zur wenigstens teilweisen Herstellung eines ersten Formteils getrennt wird, während der Überzug von dem zweiten Modell zur wenigstens teilweisen Herstellung eines zweiten Formteils getrennt wird, dessen Wärmeableitungsvermögen größer ist als das Wärmeableitungsvermögen des ersten Formteils, und daß die beiden Formteile zur wenigstens teilweisen Ausbildung einer Gießform mit Bereichen unterschiedlichen Wärmeableitungsvermögens miteinander verbunden werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Überzugs eines der Modelle einer ersten Anzahl von Tauch- und Trocknungsschritten zum Aufbau eines verhältnismäßig dicken Überzugs aus keramischem Formmaterial unterzogen wird und daß das andere Modell einer zweiten, geringeren Anzahl von Tauch- und Trocknungsschritten zum Aufbau eines verhältnismäßig dünnen Überzugs aus keramischem Formmaterial unterzogen wird, wobei die Trennung dieser Überzüge von den Modellen zur wenigstens teilweisen Ausbildung verhältnismäßig dick- und dünn-

   909811/0787

   wandiger Formteile führt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Modell zur Herstellung des Überzuges in ein flüssiges keramisches Formmaterial einer ersten Zusammensetzung und das zweite Modell zur Herstellung des Überzuges in ein flüssiges keramisches Formmaterial einer zweiten Zusammensetzung eingetaucht wird.
8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet _f daß bei der Herstellung des Überzugs des ersten Modells ein feuchter überzug aus keramischem Formmaterial mit einem ersten Wärmeableitungsvermögen beschichtet wird, während das zweite Modell zur Herstellung des Überzuges mit einem feuchten keramischen Formmaterial beschichtet wird, das ein zweites Wärmeableitungsvermögen hat.

   90981 1/0787