DE2927239C2 - Kokillengußmaschine zur Herstellung wärmebeständiger Läufer - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Druckgießkoküle zum Herstellen von gekrümmte Schaufeln aufweisenden warmfesten Läufern der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine solche Druckgießkoküle ist bereits bekannt aus Frommer/Lieby, Druckgießtechnik; (1965), Seiten 450 und 451.

Beim Druckgießen von Turbinenläufern mit relativ stark gekrümmten Schaufeln kommt es häufig zum Auftreten von Rissen als Folge einer bei der Materialschrumpfung auftretenden Zugspannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckgießkoküle der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung so auszubilden, daß die Schaufeln bei der Erstarrung vor Schrumpfungsschäden bewahrt werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Druckgießkoküle der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung dadurch gelöst, daß die den Formhohlraum für die Schaufeln definierenden Abschnitte der Kokillensegmente mit Formhohlräumen zum Ausbilden von rippenförmigen Vorsprüngen an den Schaufel-Umfangskanten versehen sind.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß durch die beanspruchte Ausgestaltung der Kokillensegmente örtliche Widerstandselemente gegen die Zugbeanspruchung erzeugt werden, welche an der gekrümmten Oberfläche der Schaufel erzeugt wird. Wenngleich der Wirkungsmechanismus dieser an den Schaufel-Umfangskanten ausgebildeten rippenförmigen Vorsprünge nicht völlig War durchschaubar ist, läßt sich dennoch erkennen, daß als Folge einer Vielzahl derartiger Vorsprünge längs des Außenumfanges einer jeden Läuferschaufel, d.h. in Richtung der auftretenden Zugbeanspruchungen, jeder Vorsprung in sich die Spannungsspitzen konzentriert, so daß örtlich die Spannungsbeanspruchung in der Schaufel herabgesetzt wird. Auf diese Weise lassen sich im besonders rißempfindlichen Wölbungsbereich der hergestellten Schaufel Risse nachdrücklich vermeiden.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Stirnansicht einer Druckgießmaschine zur Verwendung mit der Druckgießkoküle nach der Erfindung,

Fig.2A und 2B einen Schnitt durch bzw. eine teilweise weggebrochene Unteransicht der Formanordnung,

F i g. 3A und 3B eine perspektivische Darstellung bzw. eine Seitenansicht eines hin- und herbeweglichen Formsegments,

F i g. 3C eine schematische Darstellung eines Läufers, hergestellt unter Verwendung der Formsegmente gemäß F i g. 3A und 3B,

F i g. 4A und 4B jeweils eine perspektivische Darstellung eines modifizierten Formsegmentes,

F i g. 4C und 4D schematische Darstellung von Läufern, hergestellt mit Hilfe der in den F i g. 4A bzw. 4B dargestellten Formsegmenten,

F i g. 5A, 5B und 5C einen Schnitt durch bzw. eine Unteransicht der Antriebseinrichtung für die Formsegmente sowie eine erläuternde Darstellung der Antriebseinrichtung, und

Fig.6A und 6B eine perspektivische Darstellung bzw. einen Schnitt durch einen wärmebeständigen Läufer.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Druckgießmaschine bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Druckgießkoküle, welche in vertikaler Richtung hinsichtlich einer Gießeinheit 8 beweglich ist, die unterhalb der Druckgießkokille 1 angeordnet ist. Eine solche Vertikalverlagerung der Druckgießkoküle 1 erfolgt mit Hilfe eines hydraulischen Zylinders 2/4, der mit einem Gestänge 4 verbunden ist, dessen Senk- und Hubplatte 4a in vertikaler Richtung mit Hilfe zweier Säulen 3 geführt ist.

In Fig.2A bezeichnet das Bezugszeichen 5 einen Einguß und das Bezugszeichen 13 vor- und zurückbewegliche Kokillensegmente, welche jeweils einen einen Formhohlraum bildenden Abschnitt 10 und einen den Einguß bildenden Abschnitt 11 sowie einen Halter 12 für diese Abschnitte umfassen.

Im geschlossenen Zustand bilden die Kokillensegmente 13 einen Formhohlraum k, dessen Gestalt der angestrebten Gestalt des herzustellenden Läufers entspricht. Die Druckgießkoküle 1 besitzt eine zentrale Achse 1.

Die unterhalb der Druckgießkoküle 1 angeordnete Gießeinheit 8 umfaßt eine sich vertikal erstreckende Gießkammer 6, die ein offenes oberes Ende 6a aufweist, sowie einen Kolben 7, der mittels eines hydraulischen Zylinders 2ßbetätigt wird. Die Gießeinheit 8 ist an einer Basis 9 befestigt.

Wie den Fig. 2A und 2B zu entnehmen, legt die Druckgießkoküle 1 einen Hohlraum k in ihrem Inneren

fest, dessen Form und Größe jeweils identisch mit dem des wärmebeständigen Läufers ρ sind, der durch ausgezogene Linien in Fig. 6A gezeigt - ist Die Mittelachse 1 der Druckgießkokille 1 entspricht der Drehachse Ii des Läufers p. Die Druckgießkokille 1 umfaßt mehrere zurückfahrbare Kokillensegmente 13, deren Anzahl identisch ist mit der Anaihl der Schaufeln des herzustellenden Läufers.

Bei jedem der zurückfahrbaren Segmente 13 sind sowohl ein Abschnitt 10, der zum Bilden des Hohlraums to k dient und Oberflächen entsprechend einer Nabe m und einer Schaufel η aufweist, wie auch der Abschnitt 11 zum Bilden des Eingusses S, der mit dem Hohlraum k in Verbindung steht, an einem Halter 12 mittels Schrauben 12a befestigt Jeder der derart zu einem Stück is zusammengestellten Segmente 13 ist dazu eingerichtet, sich in radialer Richtung bezüglich der Mittelachse. 1 " hin- und herzubewegen.

Hin Beispiel des zurückfahrbaren Segmentes 13 ist in F i g. 3A und 3B gezeigt wobei am Segment Oberflächen fund tausgebildet sind, die jeweils der Nabe m und der Schaufel η des herzustellenden Läufers ρ entsprechen, sowie eine Oberfläche u, welche dem Einguß 5 entspricht Wie aus den F i g. 3A und 3B ersichtlich ist, sind Abschnitte des Hohlraums k, die den Schaufeln π entsprechen, jeweils durch ein paar Flächen f gebildetweiche einander gegenüberliegen, wenn die Segmente 13 geschlossen sind. Jedes der Segmente ist mit einem abgesetzten Abschnitt ν ausgebildet welcher dem Umfang v'der Schaufeln entspricht wie dies in F i g. 3C gezeigt ist.

Die Fig.4A und 4B zeigen Abwandlungen des zurückfahrbaren Kokillensegments Γ3. Das Segment entsprechend dieser Abwandlungen umfaßt ähnlich dem, das in Fig.3A und 3B gezeigt ist, einen einen Hohlraum bildenden Abschnitt 10, einen einen Einguß bildenden Abschnitt 11, einen Halter 12 für diese Abschnitte, eine Oberfläche s welche die Nabe des Läufers festlegt. Oberflächen t, welche jeweils eine Seite einer Schaufel des Läufers festlegen, sowie eine Oberfläche u, welche den Einguß festlegt. Um rippenförmige Vorsprünge 31 an den Umfangskanten der Schaufel (F i g. 4C) zu bilden, umfaßt das in F i g. 4A gezeigte Segment 13 Formhohlräume 32, welche den Vorsprüngen 31 entsprechen. Um ferner gartartige dünnwandige Abschnitte 33 an den Umfangskanten der Schaufeln zu bilden (Fig.4D), ist das in Fig.4B gezeigte Segment 13 mit flachen Formhohlräumen 34 ausgebildet welche den dünnwandigen Abschnitten 33 entsprechen. Ferner kann dieses Segment zusätzlich mit Ausnehmungen 32 ausgebildet sein, wie sie in Fig.4A gezeigt sind.

Der Zweck dieser Formhohlräume 32, 34 wird nachstehend erläutert

Beim Erzeugen eines eine starke Schaufelkrümmung aufweisenden Läufers können Risse 41 an den gekrümmten Abschnitten der Schaufeln auftreten (F i g. 6A). Dies wird auf die Tatsache zurückgeführt, daß zum Zeitpunkt der Verfestigung und Schrumpfung des geschmolzenen Metalls in den Abschnitten des Form-Hohlraums, der den dünnwandigen Schaufelabschnitten entspricht, das Material an der freien Schrumpfung bezüglich dem gekrümmten Abschnitt 10 zum Formen des Hohlraums gehemmt wird, so daß eine Zugspannung pi an derartigen Abschnitten erzeugt wird.

Die Ausbildung derartiger unerwünschter Risse 41 kann mittels der Druckgießkokille verhindert werden, die mit den Formhohlräumen 32 sowie gegebenenfalls 34 ausgebildet ist Die rippenförmigen Vorsprünge 31 nämlich, die durch entsprechende Formhohlräume 32 gebildet sind, dienen als örtliche Widerstandselemente gegen die Zugspannung, die an der gekrümmten Oberfläche der Schaufeln erzeugt wird, und verhindern die Ausbildung von Rissen durch die Verteilung und Entlastung der Zugspannungen am mittleren Abschnitt der gekrümmten Oberfläche. Ferner dienen die dünnwandigen Abschnitte 33, die durch die Formhohlräume 34 an den Umfangskanten der Schaufeln gebildet werden, zum Verlagern des Ausgangspunkts der Risse aus den Schaufeln hinaus, und zum Sicherstellen, daß die Risse nur im dünnwandigen Abschnitt 33 ausgebildet werden und nicht die Schaufeln oder wesentliche Teile des Enderzeugnisses erreichen. Mittels einer Druckgießkokille, die wenigstens mit den Formhohlräumen 32 versehen ist, findet eine Verteilung und Entlastung der Zugspannungen an den dünnwandigen Abschnitten statt Gemäß der Ergebnisse von Experimenten wurde herausgefunden, daß es von Vorteil ist daß die Dicke des dünnwandigen Abschnitts, der der Tiefe der Formhohlräume 34 entspricht· etwa einer Hälfte der Umfangsdicke der Schaufeln entspricht und daß die Dicke der rippenförmigen Vorsprünge, die der Tiefe der Formhohlräume 32 entspricht gleich ist der Umfangsdicke der Schaufeln. Wo nur Formhohlräume 32 gebildet sind, kann ihre Tiefe e'twa die gleiche sein oder größer als die Dicke der Schaufeln in Umfangsrichtung. Wie in den F i g. 6A und 6B gezeigt wird, umfaßt das Enderzeugnis ρ an seiner Kante des Abschnitts r mit großem Durchmesser der Nabe eine scharfe Kante w. Um einen derartigen Gegenstand durch Kokillenguß herzustellen, sollte ein entsprechender Abschnitt w'der Form (Fig.3B) scharfkantig und dünnwandig sein. Durch diese Anordnung neigt allerdings der Abschnitt w' dazu. Schaden zu nehmen, wenn er der hohen Temperatur des geschmolzenen Metalls ausgesetzt ist. Angesichts eines derartigen Problems können der den Hohlraum bildende Abschnitt 10 und der den Einguß bildende Abschnitt 11 als einstückige Einheit ausgebildet sein, so daß nicht nur die dünnwandigen Abschnitte dem geschmolzenen Metall ausgesetzt sind. Auf diese Weise wird die Lebensdauer der Kokille weit verbessert

Wie in den Fig.2A und 2B gezeigt ist, sind die zurückfahrbaren Kokillensegmente 13 in einem Raum 18 aufgenommen, der durch ein oberes Kokillenteil 14, einen oberen Rahmen 15, an dessen unterer Oberfläche das Kokillenteil 14 befestigt ist, einen unteren Rahmen 16, der mit einer Mittelöffnung 16a ausgebildet ist, die einen größeren Durchmesser als der maximale Durchmesser 0 der Nabe des Erzeugnisses ρ aufweist, und eine Seitenwand 17 festgelegt ist, welche die Rahmen 15 und 16 miteinander verbindet definiert. Die Kokillensegmente 13 sind an den jeweiligen Enden von Kolbenstangen 19a befestigt, die sich durch Bohrungen 17a der Seitenwand 17 in den Raum 18 erstrecken, und werden durch hydraulische Zylinder 19 angetrieben, die radial um die Seitenwand 17 herum mit vorbestimmtem Abstand zwischeneinander angeordnet sind. Die Zylinder veranlassen die Segmente, sich nach innen in ihre geschlossene Lage zu bewegen, um sich in ihre offene Stellung nach außen zu bewegen. Die Einwärtsbewegung eines jeden Segments wird durch den Eingriff des oberen Abschnitts des Halters 12 mit dem Umfang 14a des Kokillenteils 14 begrenzt. Die Begrenzung für die Rückwärtsbewegung der Segmente ist so gewählt, daß der Aufweitungsdurchmesser der den Einguß bildenden

Abschnitte 11 größer wird als der maximale Durchmesser 0 (F i g. 6B) der Nabe des Erzeugnisses p.

Als Antriebseinrichtung für die zurückführbaren
Segmente 13 können auch anstelle der oben erwähnten
hydraulischen Einrichtungen mechanische Einrichtun- 5
gen verwendet werden. In dem in Fig.5A bis 5C
gezeigten Beispiel ist der Halter 12 hinter dem
zurückfahrbaren Kokillensegment 13 ausgebildet, daß
er im wesentlichen die Form eines umgekehrten L
aufweist. Der Halter ist an seinem horizontalen ι ο
Abschnitt mit einer vertikalen Stange 21 versehen, die
drehbar eine Führungsrolle 20 trägt.

Die Kokillensegmente 13 werden durch Führungsschienen 166 geführt, die radial bezüglich der Mittelachse 1 der Kokille an der Innenoberfläche des unteren 15
Rahmens 16 angeordnet sind. Ein drehbarer Ring 22, der

an seiner oberen Oberfläche eine Zahnstange bzw. eine Zahnspur 22a aufweist, ist außerhalb des oberen Rahmens 15 angeordnet, wobei dieser Ring an seiner Innenseite mit mehreren Kurvenplatten 23 verbunden ist, welche jeweils mit einer Nocken- bzw. Steuernut 23a ausgebildet sind, welche sich in Eingriff mit der Führungsrolle 20 des Kokillensegments 13 befinden. Um den Ring 22 um seine Achse um einen bestimmten Winkel zu schwenken, um die Kokillensegmente 13 vorwärts oder rückwärts zu bewegen, ist der Zahnkranz 22a des Ringes 22 mit einem Motor 24, der am oberen Rahmen 15 befestigt ist, über ein Zwischenzahnrad 246 und ein Zahnrad 24a verbunden. Die Kokillensegmente werden durch· Antreiben des Motors in normaler Richtung bzw. Rückwärtsrichtung geöffnet bzw, geschlossen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Druckgießkoküle zum Herstellen von gekrümmte Schaufeln aufweisenden warmfesten Läufern, mit mehreren beweglichen Kokillensegmenten, wobei diese Segmente mittels einer geeigneten Einrichtung zwischen einer äußeren offenen und einer inneren geschlossenen Lage bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die den Formhohlraum für die Schaufeln definierenden Abschnitte (10) der Kokillensegmente (13) mit Formhohlräumen (32) zum Ausbilden von rippenförmigen Vorsprüngen (31) an den Schaufel-Umfangskanten versehen sind.

2. Druckgießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen Formhohlraum (k) bildender Abschnitt (10) des Kokillensegmentfes (13) mit einer flachen Ausnehmung (34) ausgebildet ist, welche einem gratartigen, dünnwandigen Vorsprung (33) entspricht, der sich vom Umfang der Schaufeln (n) des herzustellenden Läufers (p) aus nach außen erstreckt

3. Druckgießkoküle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kokillensegment (13) den den Formhohlraum (k) bildenden Abschnitt (10) sowie einen einen Einguß (5) bildenden Abschnitt (11) aufweist, wobei diese beiden Abschnitte gesondert voneinander ausgebildet sind.

4. Druckgießkoküle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kokillensegment (13) den den Formhohlraum (k) bildenden Abschnitt (10) sowie einen einen Einguß (5) bildenden Abschnitt (11) aufweist, wobei diese beiden Abschnitte einstückig miteinander ausgebildet sind.

35