DE2853705C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallgegenständen nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Turbinenantriebsbauteile mit von einer Nabe auswärts ab­ stehenden Flügeln oder Schaufeln wurden gemäß der US-PS 36 69 177 mit Hilfe eines Wachsmodells hergestellt, das eine der Form der Flügel oder Schaufeln entsprechende Form hat. Dieses Wachsmodell wird mit einem feuchten Über­ zug aus flüssigem keramischem Formmaterial bedeckt. Nach dem Trocknen des keramischen Formmaterials wird das Wachs­ modell entfernt, so daß ein Gießhohlraum entsteht, dessen Form der Form des Modells entspricht. Danach wird zur For­ mung der Nabe und der Schaufeln eine Metallschmelze in den Formhohlraum gegossen.

Bei der Herstellung von Turbinenantriebsteilen in der zu­ vor beschriebenen Weise werden die Turbinenschaufeln und die Nabe zur gleichen Zeit einstückig aus dem gleichen Metall gegossen. Zur Erreichung der Vorteile, die sich aus der unabhängigen Herstellung der Schaufeln von der Nabe ergeben, wird gemäß der US-PS 40 08 052 ein vorge­ formter Metallteil in einem Formhohlraum positioniert, in den danach eine Metallschmelze eingegossen wird. Dieses bekannte Verfahren erfordert eine Herstellung der Gießform unabhängig von der Turbinenschaufel bzw. anderen Vorform­ lingen.

Bei einem in der US-PS 10 05 736 beschriebenen Gießver­ fahren wird eine Vielzahl von Laufschaufeln in einer kreis­ förmigen Gruppierung in einer Sandform angeordnet. Der Sand wird dabei um die Schaufeln herumgepackt und in einem Ofen getrocknet. Mit dem getrockneten Kern wird dann ein Sandformmantel und ein Formkasten verbunden, die eine der Nabe des Turbinenrades entsprechende Form haben. Dazu ist festzustellen, daß das Verfahren nach dieser Patentschrift ein verhältnismäßig schwieriges Sandformverfahren ist und sich nicht zur Verwendung mit keramischen Formen eignet.

Aus der DE-OS 22 00 226 ist ferner bereits ein Verfahren zur Herstellung von Metallgegenständen, die eine Vielzahl von einer Nabe auswärts abstehender Flügelkörper aus Metall aufweisen, bekannt, bei welchem die Flügelkörper in einer Form zu einer kreisförmigen Gruppierung angeordnet werden, worin die Wurzelenden der Flügelkörper aneinandergrenzen, woraufhin die Wurzelenden der Flügelkörper mit in die Form eingegossener Metallschmelze zur Bildung einer sie verbin­ denden Nabe umgossen werden. Die Form ist bei diesem be­ kannten Verfahren aus gegeneinandergepreßten einzelnen Form­ teilen aufgebaut.

Bei der Herstellung eines Erzeugnisses mittels einer kera­ mischen Form ist zu beachten, daß der Wärmedehnungskoeffi­ zient des keramischen Formmaterials sich von dem Wärmedeh­ nungskoeffizienten etwa eingelegter Metall-Vorformlinge wesentlich unterscheidet. Wenn daher eine keramische Form um einen Metall-Vorformling in einer Weise ausgebildet wird, wie dies bei dem Herumpacken von Sand um den Metall- Vorformling nach dem Verfahren gemäß der US-PS 10 05 736 der Fall ist, würde die verhältnismäßig große Wärmedehnung des Metall-Vorformlings zu einer Beschädigung der Form führen, wenn diese zusammen mit dem Vorformling vor dem Gießen eines Erzeugnisses vorgewärmt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gat­ tungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Gießform auch die Beschichtung der Flügelkörper mit keramischem Form­ material zu ermöglichen, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Gießform aufgrund der beim Einfüllen der Metallschmelze in die Form auftretenden Erwärmung der Flügelkörper bricht.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren er­ findungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfin­ dung werden Bereiche der getrennt ausgebildeten Metall- Flügelkörper mit einem dünnen Wachsüberzug versehen. Die Flügelkörper werden dann in einem Kreis angeordnet und mit einem feuchten Überzug aus keramischem Formmaterial bedeckt. Das keramische Formmaterial trocknet unter Bildung eines ringförmigen Formwandabschnittes mit Aussparungen, die eine der Form der Flügelkörper entsprechende Form haben. Der Wachsüberzug wird dann beim Brennen des keramischen Form­ materials aus den Aussparungen entfernt. Beim Abkühlen führt dies zu der Ausbildung eines Zwischenraums zwischen den Flügelkörpern und den Seitenwänden der Formaussparun­ gen, in denen die Flügelkörper angeordnet sind. Der Form­ aufbau wird dann durch die Verbindung der oberen und un­ teren Formwandabschnitte mit dem ringförmigen Formwand­ abschnitt vervollständigt, der die Flügelkörper bzw. Schaufeln enthält.

Vor dem Eingießen einer Metallschmelze in den Formaufbau wird dieser auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur vor­ erhitzt. Wenn der Formaufbau und die metallischen Flügel­ körper erhitzt werden, dehnen sich die letzteren stärker aus als das diese umgebende keramische Formmaterial. Auf­ grund ihres höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten füllen die metallenen Flügelkörper die Aussparungen, in denen sie angeordnet sind, vollständig aus, wenn der Formaufbau vor dem Gießvorgang vorgewärmt ist. Die vorliegende Erfindung ist zwar vorteilhaft zum Gießen eines Gegenstandes brauch­ bar, der eine Vielzahl von einer Nabe auswärts abstehende Flügelkörper wie Schaufeln aufweist, jedoch kann die Er­ findung auch zur Herstellung anderer Arten von Gegenstän­ den benutzt werden.

Einzelheiten einer besonderen Ausführungsform der Erfin­ dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines Turbinen­ antriebsbauteils mit einer Vielzahl von einer Nabe auswärts abstehender Turbinenschaufeln,

Fig. 2 einen Querschnitt eines Teils eines Formaufbaus zum Gießen des in Fig. 1 dargestellten Turbinen­ antriebsteils,

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt eines Teils des in Fig. 2 dargestellten Formaufbaus, aus der die Beziehung zwischen einer Metallschaufel und einer Ausnehmung dargestellt ist, in der ein Schaufelabschnitt angeordnet ist,

Fig. 4 einen Schnitt mit Darstellung der Art und Weise, in der eine Metallschaufel in einem Formhohlraum gehalten ist, während Wachs um den Fuß- bzw. Wur­ zelbereich der Metallschaufel herum eingeführt wird,

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt, der die Beziehung zwischen dem Wachs um den Fußbereich der Schaufel in dem in Fig. 4 dargestellten Formhohlraum und einem verhältnismäßig dünnen Wachsüberzug dar­ stellt, der nachfolgend auf dem eigentlichen Schaufelbereich aufgebracht wird, und

Fig. 6 eine Teilschnittdarstellung, die zeigt, auf welche Weise der wachsbedeckte Fußabschnitt der Schaufel gehalten wird, während die Schaufel mit einem feuchten Überzug aus keramischem Formmaterial be­ deckt wird.

Ein Turbinentriebwerksteil 10 (Fig. 1) umfaßt generell eine kreisrunde Nabe 12 und eine Vielzahl radial auswärts abste­ hender Turbinenschaufeln 14. Die Turbinenschaufeln 14 und die Nabe sind vorteilhafterweise aus verschiedenen Metallen hergestellt. So bestanden bei einem speziellen Ausführungs­ beispiel die Turbinenschaufeln aus NiTaC-13-Metall, während die Nabe 12 aus IN-792-Metall bestand. Zusätzlich waren die Turbinenschaufeln vorteilhafterweise durch ein elektrochemi­ sches Bearbeitungsverfahren hergestellt und elektrolytisch poliert. Es versteht sich, daß die Nabe und die Schaufeln, falls erwünscht, auch aus anderem Metallen und auf andere Art hergestellt werden können. So können die Turbinenschau­ feln 14 beispielsweise gegebenenfalls in einem Gießverfahren mit gerichteter Erstarrung hergestellt werden.

Bei der Herstellung des Turbinentriebwerkteils 10 wird die Nabe 12 vorteilhafterweise um die Fußendabschnitte 20 (siehe Fig. 2 und 3) der Turbinenschaufeln 14 herum gegossen, wozu ein Formaufbau 22 (siehe Fig. 2) verwendet wird. Der Formauf­ bau 22 umfaßt einen keramischen, ringförmigen Wandteil 24, in dem eine Vielzahl in kreisförmiger Gruppierung angeordnete Aussparungen 26 vorhanden sind. In jeder der Aussparungen 26 des Wandteils 24 ist eine vorgeformte Metall-Turbinenschaufel 14 angeordnet.

Zur Schaffung eines im wesentlichen kreisrunden Formhohlraums, in dem die Nabe 12 des Turbinentriebwerkteils 10 um die Fuß­ bereiche 20 der Schaufeln 14 herum gegossen werden kann, um­ faßt der Formaufbau 22 einen kreisrunden Bodenwandteil 30, der mit einem kreisrunden Flansch 32 des Formwandteils 24 durch ein geeignetes Bindemittel 34 verbunden ist. Zusätz­ lich ist ein Aufsatz bzw. ein oberer Formteil 38 mit einem oberen Flansch 40 des Formwandteils 24 durch einen kreisrun­ den Bindemittelkörper 42 verbunden. Der obere und der untere Formteil 38 und 30 bilden zusammen mit dem Formwandteil 24 einen Formhohlraum 46, in den die Fußenden einer Vielzahl von Schaufeln 14 aus Metall hineinragen. In den Formhohlraum 46 wird eine Metallschmelze eingegossen, die diesen ausfüllt und die Fußendbereiche der Schaufeln 14 verbindet.

Die metallenen Schaufeln 14 haben ein höheres Wärmedehnungs­ maß als das keramische Formmaterial, das den Wandteil 24 bildet. Zur Anpassung der Ausdehnung der metallenen Schau­ feln 14 ist zwischen diesen und den Oberflächen der sie auf­ nehmenden Aussparungen 26 ein Zwischenraum vorhanden, so lan­ ge der Formwandteil 24 und die Schaufeln Raumtemperatur haben. Wenn der Formwandteil 24 und die Schaufeln 14 vor dem Gießen auf eine Temperatur von etwa 980°C bis 1040°C vorgeheizt werden, dehnen sich die Schaufeln so weit aus, daß sie die Aussparungen 26 in der in Fig. 3 dargestellten Weise vollständig ausfüllen. Beim Fehlen des Ausdehnungsfrei­ raums für die einzelnen Schaufeln 14 kann die durch die Wär­ medehnung eintretende Belastung zu einem Bruch des relativ spröden keramischen Formmaterials führen, aus dem der Wand­ teil 24 besteht. Der Freiraum zwischen den einzelnen Schau­ feln 14 und den Seitenwänden der Aussparungen 26 bei Raum­ temperatur ist so bemessen, daß die Schaufeln durch die Wär­ medehnung in enge Anlage an die Oberflächen der Aussparungen 26 kommen und die Aussparungen in der in Fig. 3 dargestell­ ten Weise vollständig ausfüllen, wenn sowohl die Schaufeln 14 als auch der Formwandteil 24 vorgewärmt sind.

Es ist vorgesehen, daß der Formwandteil 24 umherbewegt wird, wenn die Schaufeln 14 und der Formwandteil Raumtemperatur haben. Während dieser Handhabung des Formwandteils 24 ist es wünschenswert, daß jede der Schaufeln 14 in der zugehörigen Aussparung 26 verbleibt. Es ist außerdem wünschenswert, daß die losen Schaufeln 14 so in ihren Aussparungen 26 positio­ niert sind, daß jede der Schaufeln nach dem Vorheizen zusam­ men mit dem Formwandteil 24 eine vorgegebene Ausrichtung ge­ genüber der zugehörigen Aussparung hat, wobei ein Kopfendteil 50 in der Schaufel 14 an eine Stirnfläche 52 der Aussparung 26 anstößt.

Um die Schaufeln 14 in den Aussparungen 26 festzuhalten und bei Raumtemperatur gegenüber den Aussparungen einwandfrei zu orientieren, sind die identischen Schaufeln jeweils mit meh­ reren Vorsprüngen versehen, die sich dem Wandteil 24 anlegen und die Schaufeln in der vorgesehenen Lage halten. So hat jede der Schaufeln 14 einen (entsprechend der Darstellung in Fig. 3) aufwärtsstehenden Haken bzw. Vorsprung 56, der in einen entsprechend gestalteten Bereich der Aussparung 26 ein­ greift. Der Vorsprung 56 die Schaufel gegen eine radiale Einwärtsbewegung (d. h. gemäß der Darstellung in Fig. 3 eine Bewegung nach links) fest, so lange die lose Schaufel 14 und der Formwandteil 24 Raumtemperatur haben. Entsprechend greift ein radial abstehender Vorsprung bzw. eine radial abstehende Nase 60, die am Kopfende 50 der Schaufel 14 ausgebildet ist, in einen entsprechend gestalteten Vorsprungsteil der Ausspa­ rung 26 ein, wodurch die Schaufel in Vertikalrichtung (gemäß der Darstellung in Fig. 3) in der Aussparung positioniert wird. Durch den Eintritt der Vorsprünge 56 und 60 der Schau­ fel 14 mit dem Formwandteil 24 wird die lose Schaufel 14 in der Aussparung 26 in einer solchen Position gehalten, daß ih­ re Erwärmung zu einer Wärmedehnung führt, durch die die Aus­ sparung in der in Fig. 3 dargestellten Weise ausgefüllt wird.

Nach einem Merkmal der Erfindung werden die identischen Me­ tallturbinenschaufeln 14 während der Herstellung des kerami­ schen Formwandteils als Teil eines Modells verwendet. Um die Turbinenschaufeln 14 als Modelle verwenden zu können, werden deren Fußendabschnitte 20 zunächst in der in Fig. 4 dargestell­ ten Weise mit Wachs bedeckt. Danach werden die Schaufelab­ schnitte 64 der Schaufeln in heißes Wachs eingetaucht, wodurch auf diesen ein dünner Überzug entsteht.

Die mit Wachs überzogenen Turbinenschaufeln 14 werden dann in kreisförmiger Anordnung in der in Fig. 6 dargestellten Weise in einer Tauchbefestigung gehalten, während sie in flüssiges keramisches Formmaterial eingetaucht werden. Der dabei entstehende feuchte Überzug aus keramischem Formmate­ rial, der den Schaufeln aufliegt, wird dann getrocknet. Der Wachsüberzug über den Schaufelbereichen 64 und den Fußteilen 20 der Turbinenschaufeln wird dann aufgeschmolzen und von dem Formwandteil 24 entfernt, wenn dieser durch Beheizung bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur aushärtet. Der ent­ stehende ringförmige Formwandteil 24 mit den von ihren zu­ gehörigen Aussparungen 26 radial einwärtsstehenden Turbinen­ schaufeln 14 kann dann mit dem oberen und dem unteren Form­ teil 38 und 30 in der zuvor erläuterten Weise verbunden wer­ den.

Zur Herstellung des Wachsüberzugs über dem Fußteil 20 der Schaufel 14 wird diese in einer Form 68 (siehe Fig. 4) posi­ tioniert. Die Metallform 68 besitzt einen Hohlraum 70 mit einem aufwärtsgerichteten Bereich, in dem der Hakenteil 56 der Schaufel 14 aufgenommen wird. Entsprechend weist der Hohlraum 70 auch einen (gemäß der Darstellung in Fig. 4) nach rechts vorstehenden Bereich auf, der den Nasenteil 60 der Schaufel 14 aufnimmt. Ein Paar Positionierungsglieder 74 und 76 greift in Kerben 78 und 80 ein, die im Fußendab­ schnitt 20 der Schaufel 14 ausgebildet sind, damit eine ein­ wandfreie Lageanordnung der Schaufel in dem Hohlraum 70 er­ folgt.

Ein Gummisitz bzw. eine Gummidichtung 84 umgibt den eigent­ lichen Schaufelbereich 64 der Turbinenschaufel 14 und erfaßt diesen fest, um so einen Fußbereich 86 des Hohlraums 70 ge­ genüber dem Teil des Hohlraums abzudichten, in dem der Schau­ felbereich 64 angeordnet ist. Danach wird heißes Wachs unter Druck in den Fußbereich 86 des Schaufelhohlraums 70 einge­ führt. Dieses heiße Wachs bildet einen Überzug 90 über den Fußendabschnitt 20 der Turbinenschaufel 14.

Der Wachsüberzug 90 über dem Fuß der Turbinenschaufel 14 weist ein Paar genau positionierter zylindrischer Knöpfe bzw. Warzen 92 und 94 auf, die von entgegengesetzten Sei­ ten der Turbinenschaufel 14 nach außen abstehen. Die Wachs­ vorsprünge oder Warzen 92 und 94 sind in ihrer Lage in be­ zug auf die Turbinenschaufel 14 genau angeordnet und werden nachfolgend zur Positionierung der Schaufel in der Ein­ tauchbefestigung gemäß Fig. 6 verwendet. Zusätzlich zu den Positionierungswarzen 92 und 94 (Fig. 4) umfaßt der Wachs­ überzug 90 einen Hauptabschnitt 98, der eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke hat und den Fußteil 20 der Turbinenschau­ gel 14 vollständig umschließt. Es ist hinzuzufügen, daß der Wachsüberzug 90 entweder aus einem natürlich vorkommenden Wachs oder aus einem synthetischen Polymermaterial wie Poly­ styren hergestellt werden kann und daß hier unter dem Be­ griff Wachs sowohl natürliche Wachse als auch synthetische Wachse vieler verschiedener Zusammensetzungen zu verstehen sind. Nachdem der Wachsüberzug 90 um den Fußendteil 20 der Turbinenschaufel 14 sich verfestigt hat, wird diese aus der Form 68 entfernt. Zu diesem Zeitpunkt ist nur der Fußend­ teil 20 der Turbinenschaufel mit Wachs überzogen, während die Metalloberfläche des eigentlichen Schaufelteils 64 frei­ liegt.

Zum Ausgleich der Wärmedehnung des Schaufelteils 64 der Tur­ binenschaufel 14 in der Formaussparung 26 (Fig. 3) wird die­ ser durch Eintauchen in einen Körper aus heißem, flüssigem Wachs mit einem dünnen Wachsüberzug versehen. Dies führt zu einem verhältnismäßig dünnen Überzug 104 (siehe Fig. 5) über dem Schaufelteil 64 der Turbinenschaufel 14. Bei einer spezi­ ellen Auführung hatte der dünne Wachsüberzug 104 eine Dicke von etwa 0,076 mm (0,003 inches). Der dünne Wachsüberzug 104 erstreckt sich und verbindet sich mit dem Wachsüberzug 90, der auf dem Fußteil 20 der Turbinenschaufel 14 in der Form 68 (siehe Fig. 4) aufgetragen worden ist. Nachdem der Schaufel­ teil 64 zur Bildung des dünnen Überzugs 104 eingetaucht ist, ist somit die Turbinenschaufel 14 beinahe vollständig mit Wachs bedeckt.

Nachdem eine Vielzahl von Turbinenschaufeln 14 in der zuvor erläuterten Weise mit Wachs überzogen ist, werden diese in einer kreisförmigen Gruppierung in einer Tauchbefestigung 110 (siehe Fig. 4) angeordnet. Die Tauchbefestigung 110 wird zur Halterung der Schaufeln 14 verwendet, während diese in eine Aufschlämmung aus keramischem Formmaterial zur Ausbildung eines feuchten keramischen Formmaterial-Überzuges über dem Schaufelteil 64 der Turbinenschaufeln eingetaucht werden. Dieser keramische Überzug wird zur Ausbildung des ringförmi­ gen Formwandteils 24 (siehe Fig. 2) getrocknet und gebrannt.

Die Tauchbefestigung 110 umfaßt ein Paar kreisrunder Alumini­ umscheiben 112 und 114, die durch ein Distanzteil 116 aus Alu­ minium (siehe Fig. 6) voneinander getrennt sind. Die Scheiben 112 und 114 sind mit zylindrischen Löchern 120 und 122 verse­ hen, die in kreisförmiger Gruppierung in der Nähe der Umfangs­ seitenflächen der Scheiben angeordnet sind. Die Löcher 120 und 122 in den Scheiben sind zur Aufnahme der Wachsknöpfe bzw. -warzen 92 und 94 exakt positioniert, welche in den Wachskör­ pern 90 im Fußendbereich 20 der Turbinenschaufel 14 ausgebil­ det sind. Die Löcher werden zur exakten Positionierung der Turbinenschaufeln 14 untereinander verwendet. Die um den Fuß­ endteil 20 der Turbinenschaufeln ausgebildeten Wachskörper 90 sind dabei so bemessen, daß sie in Anlage aneinander kommen, wenn die Turbinenschaufeln 14 in einer kreisförmigen Anord­ nung um den Umfang der Scheiben 112 und 114 herum angeordnet werden.

Wenn die Turbinenschaufeln 14 in einer kreisförmigen Anord­ nung um den Umfang der Scheiben 112 und 114 herum angeordnet sind, wird ein Paar ringförmiger Wachskörper 126 und 128 durch Spritzformung um die Wachskörper 90 herum geformt, wo­ bei sie die Fußendbereiche 20 der Turbinenschaufeln 14 um­ schließen. Die ringförmigen Wachskörper 126 und 128 übergrei­ fen die Endflächenbereiche 130 und 132 der Scheiben 112 und 114.

Zur Ausbildung des kreisförmigen Formwandteils 24 (siehe Fig. 2 und 3) wird die Tauchbefestigung 110 in eine Aufschlämmung aus flüssigem keramischem Formmaterial eingetaucht. Obgleich viele verschiedene Arten von Aufschlämmungen aus keramischem Formmaterial verwendet werden können, sei beispielsweise er­ wähnt, daß die Aufschlämmung erschmolzene Kieselsäure, Zirkon und andere feuerfeste Materialien in Kombination mit Binde­ mittels enthalten kann. Chemische Bindemittel wie Äthylsili­ kat, Natriumsilikat und kolloidale Kieselsäure können hierbei verwendet werden. Zusätzlich kann die Aufschlämmung auch ge­ eignete Filmbildner wie Alginate enthalten, durch die die Vis­ kosität gesteuert wird, sowie Benetzungsmittel zur Steuerung der Fließeigenschaften und der Modellbenetzbarkeit.

Der zu Anfang auf das Modell aufgetragene Aufschlämmungsüber­ zug enthält in üblicher Weise fein zerteiltes feuerfestes Ma­ terial zur Herstellung einer sorgfältigen Oberflächenglättung. Eine typische Aufschlämmung für einen ersten Überzug kann etwa 29% kolloidale Kieselsäure-Suspension in Form eines 20%igen bis 30%igen Konzentrates enthalten. Erschmolzene Kieselsäure mit einer Teilchengröße von 325 mesh oder kleiner in einer Menge von 71% kann zusammen mit weniger als 1 bis 10 Gewichtsprozent eines Netzmittels verwendet werden. Das spezifische Gewicht der Aufschlämmung des keramischen Formmaterials kann gene­ rell im Bereich von 1,75 bis 1,80 liegen, wobei die Viskosi­ tät 40 bis 60 sec, gemessen mit einer Zahn-Tasse Nr. 5 bei 24 bis 29,5°C (75 bis 85°F) beträgt. Nach dem Auftrag des Anfangsüberzugs wird die Oberfläche mit feuerfesten Materia­ lien überschichtet, die eine Teilchengröße von 60 bis 200 mesh haben.

Zwischen jedem der Tauchüberzüge werden ringförmige Oberflä­ chenbereiche 138 und 140 auf den Wachsmaterialkörpern 126 und 128 (siehe Fig. 6) abgestreift, um das feuchte keramische Formmaterial von diesen Flächen zu entfernen. Dies ergibt ein Paar ringförmiger Unterbrechungen in dem feuchten keramischen Überzug, das die Formfesthaltung 110 überzieht. Die Unterbre­ chungen trennen den feuchten keramischen Mantel in drei gene­ relle Bereiche, d. h. in einen Mittel- oder Hauptbereich, der die Turbinenschaufeln 14 bedeckt, und ein Paar kreisförmiger Endbereiche, das die kreisförmigen Hauptseitenflächen 142 und 144 der Aluminiumscheiben 112 und 114 bedeckt. Wenn der Man­ tel aus keramischen Formmaterial nachfolgend getrocknet ist, werden die Teile des Mantels, die die seitlichen Oberflächen 142 und 144 der Aluminiumscheiben 112 und 114 überdecken, ent­ fernt, wodurch der die Turbinenschaufeln 14 überdeckende Mit­ telbereich zu dem ringförmigen Formwandteil 24 wird.

Nachdem ein Mantel oder Überzug aus dem keramischen Formmate­ rial in der gewünschten Dicke über den Turbinenschaufeln 14 aufgebaut ist, wird dieser getrocknet und dann bei etwa 1040°C (1900°F) eine Stunde lang gebrannt, damit die Form­ teile sorgfältig aushärten. Es ist dazu darauf hinzuweisen, daß bei den verhältnismäßig niedrigen Temperaturen in der An­ fangsphase des Brennens das die Turbinenschaufeln umgebende Wachs schmilzt und aus den Aussparungen 26, die die eigent­ lichen Schaufelabschnitte 64 der Turbinenschaufeln enthalten, abgezogen wird. Dies führt zur Bildung eines Freiraums zwi­ schen dem eigentlichen Schaufelteil der Turbinenschaufeln und den inneren Seitenflächen der Aussparungen.

Sobald der die Turbinenschaufeln 14 bedeckende Überzug durch den Brennvorgang gehärtet und das Wachs abgezogen ist, ist der Formteil 24 zur Verbindung mit dem oberen und dem unte­ ren Teil 38 bzw. 30 des Formaufbaus 32 bereit (siehe Fig. 2). Die Art, in der die Formteile miteinander verbunden sind, entspricht der in der DE-OS 27 02 293 offenbarten Art. Die Art und Weise der Verbindung dieser Formteile soll deshalb hier nicht weiter beschrieben werden.

Die Herstellung des Gegenstandes 10 wird dadurch abgeschlos­ sen, daß eine Metallschmelze in den Formhohlraum 46 gegossen wird. Diese Metallschmelze fließt um den Fuß- bzw. Wurzel­ teil 20 jeder der in den Aussparungen 26 angeordneten Turbi­ nenschaufeln 14 in die kreisförmige Formwand 24 zur Verbin­ dung der Turbinenschaufeln. Sobald die Metallschmelze in dem Formhohlraum 46 unter Bildung der Nabe 12 erstarrt ist, wird der Formaufbau 22 von dem Gußteil abgebrochen, das dann ge­ eigneten Endbearbeitungsvorgängen unterzogen wird.

Die vorangehenden Ausführungen machen deutlich, daß die vor­ liegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Me­ tallgegenstands 10 schafft, bei dem ein oder mehrere Flügel­ körper wie Turbinenschaufeln 14 mit einem Basisteil bzw. einer Nabe 12 verbunden sind. Wenn das Verfahren zum Gießen eines Gegenstandes mit einer Vielzahl von Flügelkörpern wie Turbinenschaufeln 14 verwendet werden soll, die von einer Nabe 12 auswärts abstehen, werden die Schaufelabschnitte 64 der voneinander unabhängigen Metall-Turbinenschaufeln 14 mit einem dünnen Wachsüberzug 104 bedeckt. Die Flügelkörper bzw. Turbinenschaufeln 14 werden dann in einem Kreis ange­ ordnet und mit einem feuchten Überzug aus keramischem Form­ material versehen. Das keramische Formmaterial trocknet dann und bildet einen ringförmigen Formwandteil 24 mit Aus­ sparungen 26, deren Form der Form der Flügelkörper der Tur­ binenschaufeln 14 entspricht. Der Wachsüberzug 104 wird dann von den Aussparungen 26 beim Brennen des keramischen Form­ materials entfernt. Beim Abkühlen führt dies zur Bildung eines Freiraums zwischen den Turbinenschaufeln 14 und den Seitenwänden der Formaussparungen 26, in denen die Turbi­ nenschaufeln angeordnet sind. Der Formaufbau 22 wird dann durch die Verbindung oberer und unterer Formwandteile 38 und 30 mit dem ringförmigen Formwandteil vervollständigt, der die Flügelkörper bzw. Turbinenschaufeln 14 enthält.

Vor dem Gießen der Metallschmelze in den Formaufbau 22 wird dieser auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur vorgewärmt. Wenn der Formaufbau 22 und die aus Metall bestehenden Turbi­ nenschaufeln 14 erwärmt werden, dehnen sich die letzteren in einem größeren Maße aus als das sie bedeckende keramische Formmaterial. Aufgrund des größeren Wärmedehnungskoeffizien­ ten füllen die aus Metall bestehenden Turbinenschaufeln 14 die Aussparungen 26, in denen sie angeordnet sind, nach dem Vorwärmen des Formaufbaus vor dem Gießvorgang vollständig aus. Wenn die vorliegende Erfindung auch vorteilhaft zum Gießen eines Gegenstandes 10 mit einer Vielzahl von Flügel­ körpern wie Turbinenschaufeln 14 verwendbar ist, die von einer Nabe 12 auswärts abstehen, lassen sich mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren auch andere Arten von Gegenständen herstellen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Metallgegenständen (10), die eine Vielzahl von einer Nabe (12) auswärts abstehender Flügelkörper (14) aus Metall aufweisen, bei welchem die Flügelkörper (14) in einer Form zu einer kreisförmigen Gruppierung angeordnet werden, worin die Wurzelenden (20) der Flügelkörper aneinandergrenzen, woraufhin die Wurzel­ enden der Flügelkörper mit in die Form (22) eingegossener Metallschmelze zur Bildung einer sie verbindenden Nabe (12) umgossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Flügelkörper (14) mit einer ersten Material­ schicht (104) versehen werden;
• b) auf der kreisförmigen Gruppierung von Flügelkörpern (14) eine Schicht aus einem flüssigen Keramikform­ material aufgebracht wird, während sich die mit der ersten Materialschicht versehenen Flügelkörper (14) auf einer ersten Temperatur befinden;
• c) das Keramikformmaterial getrocknet wird, wodurch eine kreisrunde Wand (24) mit einer kreisförmigen Gruppierung von Hohlräumen (26) entsteht, worin jeweils ein Flügelkörper (14) aufgenommen ist;
• d) die erste Materialschicht (104) entfernt wird, so daß zwischen jedem der Hohlräume (26) und dem darin auf­ genommenen Flügelkörper ein Zwischenraum entsteht;
• e) die Flügelkörper (14) dann auf eine zweite, die erste überschreitende Temperatur erwärmt werden, wobei die Flügelkörper durch Wärmedehnung den Zwischenraum im wesentlichen ausfüllen; und
• f) die Metallschmelze in die Form (22) eingegossen wird, während die Flügelkörper (14) auf die zweite Temperatur erwärmt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axial einander gegenüberliegenden Seiten der kreisför­ migen Gruppierung von Flügelkörpern (14) zwischen zwei kreisrunden Halteplatten (112, 114) gehalten werden, welche über den Wurzelenden (20) der Flügelkörper (14) liegen, während die Flügelteile (64) dieser Flügelkörper (14) von den Halteplatten auswärts abstehen, daß auch die Halte­ platten mit flüssigem Keramikformmaterial beschichtet wer­ den, daß in der so aufgebrachten Schicht aus Keramikformma­ terial eine erste kreisförmige Unterbrechung (138) über der ersten Halteplatte (112) angebracht wird und eine zweite kreisförmige Unterbrechung (140) über die zweiten Halte­ platte (140) angebracht wird und daß derjenige Teil der Schicht aus Keramikformmaterial, welcher über den Flügel­ teilen (64) liegt, an diesen Unterbrechungen (138, 140) von demjenigen Teil der Schicht aus Keramikformmaterial abge­ trennt wird, der den von der kreisförmigen Gruppierung von Flügelkörpern entfernt liegenden Teil der Halteplatten (112, 114) bedeckt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß an den Wurzelenden (20) der Flügelkörper (14) Positionierungselemente (92, 94) aus dem Material der ersten Materialschicht gebildet werden, und daß diese Positionie­ tungselemente (92, 94) mit entsprechenden Flächen (120, 122) einer Tauchhalterung (110) in Eingriff gebracht werden, um die Flügelkörper (14) genau zu positionieren.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelkörper (14) mit Vorsprüngen (56, 60) versehen werden, durch welche die Flügelkörper nach der Entfernung der ersten Materialschicht (104) in den jeweiligen Hohlräumen (26) gehalten werden.