DE3113294A1 - "verfahren zur herstellung einer keramischen investmentgiessform" - Google Patents

Description

PATENTANWALT DR. RiCHARD KNEISSL

Widenmayerstr. 46 München, den 2. April 1981

D-8000 MÜNCHEN 22 DE

Tel. 089/295125

United Technologies Corp. in Hartford, Ct. /V.St.A.

Verfahren zur Herstellung einer keramischen Investmentgießform

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Spritzgusses, insbesondere auf die Herstellung von thermoplastischen Modellen für Investmentformen zum Gießen von hohlen Rotorblättern und Leitblättern von Gasturbinen .

Das Verfahren mit "verlorenem Wachs" geht vermutlich auf die Antike zurück. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Verlustmodell des aus Metall zu gießenden Gegenstands hergestellt. Dieses Modell, welches aus einem Material wie Wachs hergestellt ist und welches schmelzbar oder lösbar ist, wird von einem keramischen Formmaterial (dem "Investment") umgeben, welches die Eigenschaft hat, seine Form beizubehalten. Nachdem das keramische Material geformt worden ist, wird das Wachsmodell herausgeschmolzen, wobei im keramischen Material ein Hohlraum mit den Formen des herzustellenden Gegenstands verbleibt. Natürlich wird dabei die Schrumpfung bei der Verfestigung des Materials des Modells und des geschmolzenen Metalls berücksichtigt.

Die Getreuheit eines Gusses, verglichen mit einer Zeichnung, hängt teilweise von der Genauigkeit ab, mit der sowohl das Modell als auch die Form hergestellt werden. Eine weitere Komplikation ergibt sich, wenn das gewünschte Teil hohl sein soll. In einem solchen Fall muß ein Kern, üblicherweise aus einem keramischen Material, im Zentrum des Wachsmodells angeordnet werden. Mit Hilfe von Fortsätzen, die von Wachs frei bleiben oder die nur von wenig Wachs umgeben sind, wird der Kern beim Schmelzen des Modells festgehalten. Die Wandstärke des hohlen Gegen-

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stands wird somit durch die Präzision festgelegt, mit der der Kern innerhalb des Wachsmodells angeordnet ist.

Modelle werden aus verschiedenen niedrig schmelzenden Polymeren hergestellt. Thermoplasten, wie hart gefüllte Wachse, werden bevorzugt. Die Modelle können durch die verschiedensten Verfahren hergestellt werden. Am meisten bevorzugt wird das Spritzgießen des geschmolzenen Wachses in eine Präzisionsmetallform. Die Form läßt sich typi-. scherweise entlang verschiedener Trennlinien öffnen, um das Entfernen des festen Modells und das Einführen des Kerns für das nächste Modell zu erleichtern. Im Falle von Gasturbinenblättern sind diese Metallformen ziemlich teuer, und zwar auf Grund der ungewöhnlichen und präzisen Formen dieser Teile. In ähnlicher Weise sind die keramischen Kerne kompliziert und außerdem sind die Präzisionserfordernisse die gleichen. Die Kosten sind deshalb ebenfalls hoch.

Das Problem der Anordnung eines Kerns, insbesondere bei der Herstellung von Turbinenblättern aus miteinander verbundenen Turbinenhälften ist allgemein bekannt. Siehe beispielsweise die üS-PSen 4.078.598 und 4.068.702. Dabei werden verschiedene Arten von Lokalisierungsmitteln in Kombination mit anderen mechanischen Festhaltemitteln verwendet. Weitere Verbesserungen hinsichtlich der Lokalisierung der Kerne und der Bauart der Formen sind in einer US-Patentanmeldung mit der Serial-Nummer 136 600 beschrieben. Die vorliegende Erfindung hat sich als besonders brauchbar in Verbindung mit der in dieser Patentanmeldung beschriebenen Erfindung erwiesen.

Das Spritzgießen von Polymeren ist eine gut entwickelte Technik. Es gibt jedoch nur wenige hohle Teile, die mit der hohen Präzision und mit der hohen Qualität spritzgegoßen worden sind, wie sie bei der Fabrikation von Gas-

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turbinenblättern erforderlich sind. Beispielsweise kann die Wandstärke (d.h. die Modelldicke) eines Gasturbinenblatts zwischen 1,3 und 0,55 mm variieren, wobei die Festhaltetoleranz besser als + 0,012 nun zu sein hat. Dies scheint zunächst kein übermäßig strenges Erfordernis, jedoch besitzt der geformte keramische Kern selbst Abweichungen, welche sich mit denjenigen des Spritzgußverfahrens addieren. Da außerdem der Kern spröde und oftmals brüchig ist, kann er nicht durch starke Klemmkräfte festgehalten werden, weshalb Verformungen und gewisse Bewegungen in der Form berücksichtigt werden müssen. Deshalb ist das Problem einer genauen Modellherstellung wichtig, wie Fachleute auf dem vorliegenden Gebiet genau wissen.

Es ist nötig, daß das Spritzgießen rasch durchgeführt wird, damit das heiße Material alle kleineren Hohlräume auffüllen kann. Dies erfordert hohe Drücke. Wenn jedoch der Druck erhöht wird, dann können Druckunterschiede am Kern verursachen, daß dieser aus seiner Lage geschoben wird, wobei ein unpräzises Teil erhalten wird. Der Kern kann dabei sogar brechen. Zur Erhöhung der Fließfähigkeit kann die Temperatur erhöht werden. Dann ergeben sich aber Probleme mit der Schrumpfung, weshalb die Temperatur beschränkt werden muß. Die Form, mit welcher das Modell hergestellt wird, besteht notwendigerweise aus mehreren Teilen, die voneinander getrennt und präzise fest miteinander verbunden werden müssen, wobei sie die Innendrücke des Formungsverfahrens des thermoplastischen Kunststoffs aushalten müssen. Es ist deshalb erwünscht, daß die Anzahl der einzelnen Teile der Form beschränkt ist. Schließlich müssen Vorkehrungen getroffen werden, den Kern sowohl vor dem Schließen der Form als auch während des Spritzgußprozesses festzuhalten. Diese Vorkehrungen sollten aber die Herstellung eines genauen Modells nicht stören.

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Die vorliegende Erfindung befaßt sich nun mit der Zuführung des geschmolzenen Polymers zur Form und der Verteilung desselben in der Form. Der Ausdruck "Verteilung" bezieht sich auf die Art und Weise, mit der das geschmolzene Material in die verschiedenen Teile des Hohlraums der Form gebracht wird. Typischerweise wird das Material in die Form an einem einzigen Punkt eingebracht und dann mit Hilfe von Kanälen verteilt. Siehe beispielsweise die üS-PSen 2.279.380 und 1.516.667. Typischerweise werden einzelne Teile durch einzelne Speisekanäle beschickt, natürlich können bei größeren Teilen auch komplexere Speisekanalsysteme verwendet werden. Da Gasturbinenblätter auf dem Gebiete des Spritzgusses als verhältnismäßig klein gelten, war es bisher üblich, einen einzigen Speisekanal hierfür zu verwenden.

Trotz der Anstrengungen und der bekannten Technologie wurden Veränderungen in der Wanddicke der Modelle über das optimal Wünschenswerte hinaus festgestellt. Weiterhin ergeben Runzellinien und dergleichen, entlang denen das Polymer innerhalb der Form fließt, in der Oberfläche des Modells und des damit hergestellten Teils Unebenheiten, wodurch die erreichbare Toleranz weiter beeinflußt wird. Demgemäß besteht ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Präzisionsmodellen, die keramische Kerne enthalten.

Aufgabe der Erfindung war es, die Qualität eines dünnwandigen Wachsmodells zu verbessern, wobei gleichzeitig eine Verschiebung oder ein Bruch eines verhältnismäßig zerbrechlichen keramischen Kerns in der Form vermieden wird. Ein weiteres Ziel war die Schaffung einer verbesserten Spritzgußvorrichtung und einer verbesserten Formkonstruktion, wobei mehrere Speisekanäle verwendet werden.

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Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung,bei denen ein thermoplastisches Polymer/ wie z.B. Wachs, zu beiden Seiten des Kerns eingespritzt wird. Vorzugsweise erfolgt dies im Falle von dünnwandigen Gasturbinenblättern mit Hilfe von Speisekanälen, die parallel zur Längsachse des Teils verlaufen. Bei der besten Ausführungsform gemäß der Erfindung werden die Speisekanäle von einem einzigen Sockel am Äußeren der Form beschickt, während Wachs von einer einzigen Düse mit einer einzigen Austrittsöffnung zugeführt wird. Die Düse besitzt in der Spitze einen Entlastungskanal, so daß, wenn die Düse und der Sockel miteinander aufgerichtet sind, ein Hohlraum vorhanden ist, in welchem Wachs von der Düsenbohrung zu den einzelnen Speisekanälen fließt. Bei der praktischen Anwendung der Erfindungwird zwischen den Speisekanälen im Sockel keine feste Brücke ausgebildet, wie dies an und für sich zu erwarten wäre. Infolgedessen ist die Entnahme des Modells und der daran befestigten Speisekanäle aus der Form leicht durch eine Längsbewegung des Modells vom Sockel weg entlang der Formoberfläche möglich. Dies vermeidet die Notwendigkeit einer Trennung des Körpers, der die Speisekanäle enthält, wodurch die Formkonstruktion vereinfacht wird. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Fluß zu den verschiedenen Teilen der Form dadurch kontrolliert werden, daß man den Durchmesser oder die Form der Speisekanäle verändert.

Die vorliegende Erfindung schafft ein einfaches und trotzdem wirksames Mittel für die Verbesserung der Herstellung von Wachsmodellen. Runzellinien und Fließlinien werden beseitigt, und die Oberflächenbeschaffenheit und die Modelldetails werden verbessert. Eine Verschiebung des Kerns und ein Brechen infolge von unausgewogenen Drücken während des Spritzgusses werden gering gehalten.

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Natürlich hat eine Verbesserung der Modelle auch genauere Teile zur Folge, weshalb die Gesamtkosten des Herstellungsverfahrens verringert werden.

Die Erfindung eignet sich beim Spritzguß von Modellen mit Kernen zur Herstellung der verschiedensten hohlen Gegenstände, insbesondere solcher mit sehr dünnen Wandungen. Die Erfindung hat sich als besonders brauchbar als Teil eines neuen Konzepts zur Herstellung von Turbinenblättern erwiesen. Dieses neue Konzept besteht darin, daß zunächst ein hohler in entgegengesetzte Hälften trennbarer Gegenstand gegossen wird, worauf dann diese Hälften getrennt und in einen fertigen Gegenstand vereinigt werden. So kann eine größere Kompliziertheit in den inneren Formen durch den Kern gestattet werden. Außerdem ist eine leichte Überprüfung des inneren Hohlraums möglich. Schließlich sind Kerne mit größerem Querschnitt und mit größerer Steifheit verwendbar. Andere Patentschriften, die sich auf dieses Verfahren beziehen, erleichtern das Verständnis der vorliegenden Erfindung.

Eine Investmentgießform und ein Investmentgießverfahren, welche sich auf das obige Konzept beziehen, sind in der US-PS 3.981.344 beschrieben. Eine besonders zweckmäßige Art und Weise zur Herstellung eines einheitlichen Modellzusammenbaus, von dem eine akkurate Form hergestellt werden kann, ist in der US-PS 4.062.396 beschrieben. Auf beide US-PSen wird hier ausdrücklich Bezug genommen.

Es können die verschiedensten Vorrichtungen zum Spritzgießen von Wachsmodellen verwendet werden. Gemäß der Erfindung wird eine handelsübliche Maschine verwendet. Die Maschine besitzt ein erhitztes Reservoir für geschmolzenes Wachs, welches unter Druck zu einer Düse geführt wird. Die Modellform ist durch eine mehrteilige

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Metallform, die in die Maschine einsetzbar ist, definiert. Ein keramischer Kern wird in der Form angeordnet, die dann geschlossen und mit der Düse verbunden wird. Die Maschine übt auf die Form einen Druck aus, damit sie in geschlossenem Zustand gehalten wird, währenddessen Wachs durch die Düse unter kontrollierten Temperatur-pruck- und Fließbedingungen in die Form eingespritzt wird, üblicherweise wird der Druck des flüssigen Wachses am Formeneingang aufrechterhalten, bis das Modell sich verfestigt hat, um zusätzliches Wachs zu liefern, wenn sich das Modell verfestigt und schrumpft.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Spritzgießen von Modellen in einer Metallform;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Hohlraum der Form von Fig. 1 im Bereich eines Turbinenblatts, wobei der keramische Kern und das dünnwandige Modell zu sehen sind;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung von Fig. 1, wobei die einzelnen Teile zusammengefügt sind; und

Fig. 4 eine andere Ausfuhrungsform der Düse von Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 ist eine mehrteilige Form 20 von verhältnismäßig einfacher Gestalt aus drei primären Elementen zusam-

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mengefügt. Ein erster Formenteil 22 und ein zweiter Formenteil 24 passen so zusammen, daß sie einen Hohlraum 28 bilden, der die äußeren Dimensionen des Modells für das gewünschte Gasturbinenblatt definiert. Ein drittes Teil, nämlich ein Speisekanalkörper 26 überführt Wachs von einem Aufnahmepunkt zu den anderen beiden Formenteilen, die während des Einspritzens von Wachs fest miteinander verklemmt sind. Die Elemente können auseinandergenommen werden, wenn ein Zugang zum Hohlraum gewünscht wird. Dies geschieht automatisch mit Hilfe von hydraulischen Zylindern, Gleitern, Führungen und dergleichen, die nicht dargestellt sind. Geschmolzenes Wachs wird in einem Reservoir 30 bevorratet und tritt von einer Düse 32 aus, die mit dem Reservoir verbunden ist. Die Düse paßt mit einem Sockel 34 zusammen, der auf der Oberfläche des Speisekanalkörpers 26 der Form angebracht ist.

Fig. 2 zeigt den mit Wachs 35 gefüllten Hohlraum 28 des Turbinenblattmodells. Das Wachs 35 umgibt einen keramischen Kern 36, der über die gesamte Länge des Blatts verläuft und der es schließlich ermöglicht, das hohle Gußstück in zwei Teile zu spalten. Die Dicke des Wachsmodells im gezeigten Querschnitt beträgt typischerweise 0,5 bis 1,3 mm. Das typische gezeigte Modell besitzt eine Länge von 24 cm und eine Breite von 6 cm. Der tatsächliche Blatteil besitzt eine Länge von ungefähr 14 cm. Der Gesamtvolumen des Modells macht ungefähr 180 cm aus. Es ist deshalb klar, daß ein beträchtliches Materialvolumen eingespritzt werden muß und daß ein grosser Teil desselben durch einen verhältnismäßig engen Raum zwischen dem Kern und der Formwandung hindurch muß.

Bei dem Längsschnitt von Fig. 3 durch die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung ist die Düse 32 am Speisekanalkörper

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angeschlossen. Es ist ersichtlich, daß der Kern 36 innerhalb der Form mit mehreren Lokalisierungsstiften 38 und 38" festgehalten wird. Die Funktion und die Anordnung dieser Stifte ist näher in der weiter oben angegebenen Patentanmeldung beschrieben. Die Stifte dienen dazu, den Kern in drei Ebenen zu lokalisieren. Da jedoch der Kern aus einem spröden keramischen Material besteht und kleine Abweichungen aufweist, müssen innerhalb der Form Vorkehrungen getroffen sein, um diese beiden Merkmale zu berücksichtigen, so daß das Teil nicht bricht. Wie zu sehen, sind die Stifte 38 federbelastet. In anderen Fällen sind alle Stifte unbeweglich, wobei sie jedoch einen solchen Abstand aufweisen, daß sie einen Kern mit den maximalen dimensioneilen Abweichungen aufnehmen können. Dies hat zur Folge, daß eine gewisse Anzahl von Kernen lose sitzt und deshalb verschoben werden kann. In beiden Fällen wurde jedoch festgestellt, daß (a) der Kern beim Einspritzen von Wachs in die Form einer gewissen Bewegung unterliegt, (b) der Abstand zwischen der Wandung des Blatts und dem Kern im Hohlraum der Form verhältnismäßig klein ist und schwierig zu füllen ist, weshalb das Fließen behindert wird und zu Runzellinien führen kann, und (c) der Kern während des Spritzgusses oftmals verbogen oder sogar gebrochen wird, und zwar insbesondere zwischen den Lokalisierungsstiften. Der Kern 36 wird außerdem durch einen Kühlstab 40, von dem weiter unten die Rede sein wird, locker gehalten.

Die Düse 32 besitzt eine zentrale Bohrung 42, die mit dem geschmolzenen Wachs 44 in Verbindung steht, das sich im Reservoir 30 befindet. Ein längsbeweglicher Drosselstab/kontrolliert das Fließen des Wachses aus der Düsenaustrittsöffnung 48. Der Drosselstab 46 wird

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durch einen hydraulischen Zylinder o.dgl. (nicht dargestellt) bewegt. Die Düse ist außerdem mit einem Heizelement 50 ausgerüstet, um die Düse über dem Schmelzpunkt des darin enthaltenen Wachses zu halten. Das Düsenende besitzt eine Halbkugelform. Das Gleiche gilt für den Sockel 34 im Speisekanalkörper 26. Die Spitze der Düse ist typischerweise etwas erweitert oder abgeschnitten, wie dies durch einen Raum 51 dargestellt wird (Größenordnung 0,01 mm), um zu vermeiden, daß die Düsenspitze aufsitzt. Es soll vielmehr eine Anlagelinie zwischen der Düse und dem Sockel bestehen, da sich'dies zur Erzielung einer guten Abdichtung als wünschenswert erwiesen hat. Wenn also die beiden Teile in der Spritzgußmaschine dicht aneinandergedrückt werden, dann wird eine Metall-auf-Metall-Dichtung erzielt, welche den Austritt von Wachs verhindert, auch wenn eine geringe Fehlausrichtung vorliegt. Mit dem Sockel 34 sind zwei gerade Speisekanäle 52 und 52", die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, ausgerichtet. Die Speisekanäle, die einen Durchmesser von ungefähr 8'mm aufweisen, besitzen in Richtung auf das Modell einen sich leicht erweiternden Durchmesser (entlang der Achse beträgt der eingeschlossene Winkel ungefähr 60"). Die Speisekanäle münden am Sockel mit zwei öffnungen 54 und 54' und reichen auf der anderen Seite bis zu dem Modell an der Wurzel des Turbinenblatts. Es ist ersichtlich, daß die Speisekanäle parallel zur Längsachse des Turbinenblatts (+ einige Grad) verlaufen und daß ein Speisekanal zu beiden Seiten der Längsprojektion der mittleren Kontur des Kerns angeordnet ist. Es ist weiter zu beobachten, daß der Kühlstab zwischen den Punkten angeordnet ist, an denen die Speisekanäle in den Hohlraum der Form münden. Die Art und Weise, wie die Düsenaustrittsöffnung 48 mit den Speisekanalöffnungen 54 und 54' in Verbindung steht, ist bemerkenswert. Eine Rinne 56 (siehe insbesondere

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Fig. 1) ist in die Vorderseite der Düse eingearbeitet, derart, daß sie die Düsenaustrittsöffnung 48 schneidet. Diese Rinne stellt eine Ausnehmung in der Düse dar und bildet somit mit dem Sockel einen Hohlraum 58, durch welchen Wachs von der Düse in jeden der Speisekanäle fließen kann. Die Rinne verläuft senkrecht zur Längsachse und besitzt bei einem Kugelradius der Düse von 17 mm einen halbkreisförmigen Querschnitt mit einem Radius von ungefähr 4,4 mm. Die Rinne besitzt eine Tiefe (ungefähr 2,2 mm) und eine Länge (25 mm), wie sie gerade nötig sind, um die beiden öffnungen, die einen Abstand von 9 mm aufweisen, zu verbinden, so daß die Rinne, deren effektive Breite natürlich in radialer Richtung abnimmt, an der öffnung ausreichend breit ist, um das Wachs vollständig zuzuführen. Die erforderlichen Merkmale der Rinne sind weiter unten näher beschrieben.

Die Betriebsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird nun näher erläutert. Der Speisekanalkörper 26 wird mit dem zweiten Formteil 24 in Anlage gebracht. Der Kern 36 wird in die Form eingeführt. Die Lokalisierung des Kerns wird durch die Stifte bewerkstelligt. Das Festhalten vor dem Schließen wird, wenn es die Modellform und ihre Lage erfordert, durch das Ende 64 des Kühlstabs 40 unterstützt. Als nächstes wird der zweite Formteil 22 der Form mit den anderen Teilen in Anlage gebracht, wobei der Kern im Hohlraum der Form durch die Wirkung der Stifte lokalisiert wird. Die Form besitzt vorzugsweise eine Temperatur von etwa 27°C. Die mehrteilige Form 20 wird dann dicht gegen die Düse gepreßt. Wachs, wie z.B. KC 401 - Formenwachs auf Mineralbasis (Kindt Collins,Inc., Cleveland, Ohio), welches einen Schmelzpunkt von ungefähr 73 C aufweist, wird mit einer Temperatur zwischen 77 und 93°C, vorzugsweise 82°C, und einem Druck zwischen 100 und 1500 kPa, vorzugsweise ungefähr 1300 kPa zur Düse

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geführt. Der Drosselstab 46 wird zurückgezogen, damit das Wachs" in den Hohlraum 58, durch die öffnungen 54, 54', durch die Speisekanäle 52, 52' in den Hohlraum 28 der Form fließen kann. Der Drosselstab wird offen gelassen, bis ausreichend Zeit verstrichen ist, typischerweise etwa 120s, um das Wachs verfestigen zu lassen. Der Kühlstab 40 verringert das Volumen des Wachses im Wurzelteil des Turbinenblatts und beschleunigt seine Verfestigung durch Abführung von Wärme in den Speisekanalkörper 26 und dann zur Umgebung. Natürlich verfestigt sich auch das Wachs in den Speisekanälen. Auf Grund der Temperatur der Düse wird angenommen, daß das Wachs im Hohlraum 58, der zwischen der Düse und dem Sockel ausgebildet ist, sich nicht vollständig verfestigt, obwohl * sich sicherlich eine feste Haut dort bildet, wo das Wachs im Hohlraum die kalte Sockeloberfläche berührt. Hierauf wird der Drosselstab 46 vorwärts bewegt, um die Düse zu schließen. Die Düse wird dann vom Speisekanalkörper getrennt. Nach diesem Vorgang wird festgestellt (vermutlich als Folge von Kapillarwirkung), daß das halb geschmolzene Wachs im Hohlraum 58 in der Rinne 56 der Düse festgehalten wird. Infolgedessen liegt kein verfestigtes Material vor, welches die beiden Speisekanalöffnungen 54, 54' verbindet. Als nächstes wird der Speisekanalkörper 26 von den nach wie vor miteinander verbundenen Formteilen 22 und 24 getrennt. Da die Speisekanäle sich leicht verjüngen und parallel zum Kühlstab und zur Achse der Teile verlaufen und da eine gewisse Schrumpfung stattfindet und da außerdem im Sockel kein verbindendes Material vorliegt, bleiben die in den Speisekanälen gebildeten Stäbchen mit dem Rest des Modells verbunden und werden deshalb aus den Speisekanälen herausgezogen. Es ist ersichtlich, daß keine Notwendigkeit besteht, die Speisekanalkörper zu teilen, da ein

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Rückstand, der die Speisekanäle an den öffnungen verbindet, nicht vorliegt. Hierauf können die anderen beiden Formteile 22 und 24 voneinander getrennt und das Modell von Hand entnommen werden, und zwar mit oder ohne Hilfe von Auswurfstiften, die in der Technik allgemein bekannt sind.

Experimentell wurde gefunden, daß das Einspritzen des Wachses durch zwei Speisekanäle in der eben beschriebenen Art das Auftreten von Kernbrüchen stark verringert und gleichzeitig ein vollständiges Auffüllen des Modells, auch an dünnwandigen Stellen, ergibt, ohne daß Runzellinien anwesend sind, die bei Verwendung eines einzigen Speisekanals auftreten. Wenn die einander gegenüberliegenden Seiten des Kerns ungleiche Volumina aufweisen oder wenn es anderweitig vorteilhaft erscheint, dann kann der Fluß zu den beiden Seiten des Kerns durch unterschiedliche Bemessung der Speisekanaldurchmesser beeinflußt werden. Hierzu ist es auch möglich, verschiedene Durchmesser an den öffnungen 54 und 54' vorzusehen. Die Form eines hohlen Turbinenblatts macht es insbesondere nötig, das Einspritzen zu beiden Seiten der Wurzelenden oder der spitzen Enden durchzuführen, um ein Auffüllen des Modells mit möglichst wenig hydrostatischen Kräften am Kern zu erzielen. Bei Teilen mit unterschiedlicher oder mit komplizierterer Formgebung, wie z.B. bei solchen mit mehr als einem Kern, können mehr als zwei entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung angeordnete Speisekanäle zweckmäßig sein. Für Kunststoffe mit einer gewissen Dehnfähigkeit müssen die Speisekanäle nicht vollständig gerade oder parallel zur Achse des Teils verlaufen. Sie müssen lediglich ein Ausziehen der Gußstäbchen ermöglichen.

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Die erfindungsgemäße Kombination aus Düse und Sockel kann auch mit Speisekanalkörpem und Formen verwendet werden, bei denen die Gußstäbchen nicht entlang der Längsachse herausgezogen, sondern durch Teilen des Speisekanalkörpers entfernt werden können. Gegebenenfalls kann.der Speisekanalkörper ein integraler Teil einer oder beider Formteile sein. Gegebenenfalls können auch mehr als drei Elemente für die mehrteilige Form verwendet werden. In einem solchen Fall gestattet es die Erfindung, Polymer durch gesonderte Speisekanäle einzuführen, ermöglicht es aber gleichzeitig,die Gußstäbchen und die damit verbundenen Gegenstände nach der Verfestigung zu entnehmen, ohne daß die Gußstäbchen abgebrochen werden. Dies beschleunigt und vereinfacht die Herstellung.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Düse verhältnismäßig einfach ist und nur eine einzige Bohrung besitzt, daß aber trotzdem mehrere Speisekanäle damit beschickt werden können. Wenn mehr als zwei Speisekanäle vorgesehen sind, dann muß natürlich die Form der Rinne 56 in der Spitze unter Umständen verändert werden. Fig. 4 zeigt beispielsweise zwei Rinnen 60 und 62, die im rechten Winkel zueinander verlaufen, so daß die Düse für die Beschickung von vier Speisekanälen geeignet ist. Es wurden bisher noch nicht viele Formen für diese Ausnehmungen an der Düse über die in den Zeichnungen gezeigten hinaus untersucht. Da jedoch beobachtet wurde, daß in der Ausnehmung geschmolzenes Wachs aus dem Hohlraum festgehalten wird, ist es wahrscheinlich, daß die Ausnehmung eine bestimmte Form aufweisen muß, damit die erwünschte Kapillarwirkung eintritt. Es wurde beobachtet, daß eine vollständig flache Ausnehmung, wie sie beispielsweise durch eine Abflachung der Spitze

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entsteht (beispielsweise durch eine beträchtliche Ausdehnung der Ausnehmung, welche den Raum 51 erzeugt) nicht wirksam ist. Es entsteht eine Brücke zwischen den Speisekanalöffnungen 54, 54'. Daraus wurde das Prinzip abgeleitet, daß die Oberfläche der Ausnehmung in der Düse größer sein muß als die anliegende Oberfläche des Teils des Sockels, mit dem zusammen die Ausnehmung den Hohlraum 58 bildet. Daraus folgt logisch, daß das Verhältnis der Düsenoberfläche zur Sockeloberfläche (das sind die Oberflächen der Teile, welche den Hohlraum bilden) möglichst groß sein soll, um den Effekt zu steigern. Infolgedessen wird angenommen, daß ein Kanal oder eine andere Ausnehmung an der Spitze und nicht nur ein einfaches Abschneiden der Spitze nötig ist, damit die obigen Kriterien erreicht werden.

Neben Rinnen können auch andere Formen diese Kriterien erfüllen. Beispielsweise können diese Kriterien erfüllt werden, wenn die Austrittsöffnung 48 der Düse konisch nach außen bis zu einem Durchmesser erweitert wird, der ausreicht, die öffnungen zu umschreiben. Eine solche Formgestaltung ist aber für zwei öffnungen nicht die beste, da eine Rinne vergleichsweise weniger Sockeloberfläche freigibt und deshalb ein besseres Verhältnis von freier Düsenoberfläche zu freier Sockeloberfläche erreicht wird. Um die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu verbessern, sollte der Sockel hoch poliert sein und periodisch mit einem Entformungsmittel, wie z.B. einem Silikonöl, bespritzt werden.

Die Erfindung kann auch in einer Düsen/Form-Verbindung verwendet werden, bei der kein Sockel vorhanden ist, wenn eine andere Ausrichtungs- und Abdichtungsmöglichkeit vorgesehen wird. Beispielsweise kann die Form einfach eine flache Oberfläche mit zwei öffnungen und die Düse

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eine flache Spitze, die an der flachen Oberfläche anliegt, aufweisen. Die Düse wird dann eine rinnenartige Ausnehmung im flachen Spitzenteil aufweisen, damit das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Eine Abdichtung könnte durch eine Standardflächendichtung erreicht werden, wie z.B. durch einen O-Ring. Die Ausrichtung kann dabei leicht erreicht werden. Die Erfindung kann auch in solchen Fällen nützlich sein, wo nur mit einer einzigen Eintrittsöffnung in die Form gearbeitet wird, beispielsweise, wenn eine Ausrichtung nicht erreicht werden kann und wenn eine Preßfahnenbildung an der Eintrittsöffnung der Form vermieden werden muß.

Durch die vorliegende Erfindung werden Kernbrüche und Kernverschiebungen verringert. Außerdem werden gleichförmige und von Runzellinien freie Modelle erhalten. Dies ist der gleichmäßigen Verteilung des Wachses zuzuschreiben, das durch die Speisekanäle zu beiden Seiten der Kernlinie zugeführt wird. Die Formkonstruktion wird vereinfacht, da es nicht nötig ist, daß der Speisekanalkörper geöffnet werden kann, um eine Entfernung des Materials im Speisekanal zu gestatten. Außerdem muß der Arbeiter keine restliche Brücke zwischen den Speisekanälen entfernen. Die Erfindung erleichtert also die Massenproduktion von Modellen.

Wie bereits erwähnt^ wurde festgestellt, daß sich die Erfindung auf die Herstellung von anderen hohlen Präzisionsteilen anwenden läßt. Sie kann aber auch auf Teile angewendet werden, die nicht hohl sind oder die durch Kerne o.dgl. getrennt sind. Die Erfindung ist in gleicher Weise nützlich zum Einspritzen anderer Materialien als Wachs, einschließlich von Thermoplasten, anderen Polymeren und sogar Metallen.

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Claims (10)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer keramischen Investmentgießform mit einem spröden Kern, bei welchem ein thermoplastisches Polymer in eine Form eingespritzt wird, um im Hohlraum der Form ein Verlustmodell herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer gleichzeitig zu beiden Seiten des Kerns eingespritzt wird, um dessen Verschiebung zu verringern und um ein Modell mit glatter Oberfläche herzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt der Form, welche den Kern enthält, ein Gasturbinenblatt definiert und daß das Polymer durch mindestens zwei Speisekanäle in die Form eingespritzt wird, wobei die Speisekanäle im wesentlichen parallel zur Längsachse des Turbinenblatts verlaufen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Speisekanäle von einem einzigen Sockel an der Außenseite der Form beschickt werden und das Polymer zum Sockel mit Hilfe einer abnehmbaren Düse mit einer einzigen öffnung beschickt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Speisekanäle verwendet werden und daß weiterhin ein Metallstab im Hohlraum der Form zwischen den Punkten, wo die Speisekanäle münden, angeordnet wird, um teilweise den Kern zu halten und das Abkühlen eines Teils des Modells zu beschleunigen.

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5. Die Verwendung einer Düse mit einer einzigen Öffnung und einer Form mit mehreren Öffnungen beim Spritzguß, dadurch gekennzeichnet, daß festes Material daran gehindert wird, zwischen den Öffnungen eine Brücke zu bilden, indem eine größere Oberfläche in einem Teil der Düse als in einem Teil der Form, mit dem die Düse in Anlage gebracht wird, geschaffen wird, wobei die Teile miteinander einen Flüssigkeitshohlraum bilden, der die Öffnungen verbindet.

6. Vorrichtung für den Spritzguß, gekennzeichnet durch eine Kombination, bestehend aus einer einzigen Düsenöffnung mit einer Ausnehmung und mehreren Formenöffnungen, wobei die Düse und die Form, wenn sie aneinander anliegen, einen Flüssigkeit führenden Hohlraum bilden und wobei der Teil der Düse, der den Hohlraum definiert, eine größere Oberfläche aufweist als der anliegende Teil der Form, welche den Hohlraum definiert.

7. Vorrichtung zum Spritzguß mit einem Hohlraum in einer mehrteiligen Form, wobei ein Modell aus einem thermoplastischen Polymer hergestellt wird und wobei in dem Modell genau ein dünner keramischer Kern angeordnet ist, so daß ein dünnwandiger Gegenstand, wie z.B. ein hohles Turbinenblatt, definiert wird, gekennzeichnet durch

eine Quelle für geschmolzenes Polymer;

eine Düse mit einer zentralen Bohrung, die bis zu einer Öffnung an ihrer Spitze verläuft und eine Oberflächenausnehmung aufweist, welche die Öffnung schneidet, wobei die Düse mit der Quelle für die Zuführung von Polymer zur Spitze verbunden ist;

einen Sockel in der Formoberfläche, wobei der Sockel mindestens zwei Öffnungen aufweist und wobei der Sockel

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so geformt ist, daß er die Düse aufnimmt und eine flüssigkeitsdichte Abdichtung damit bildet, wobei die Oberflächenausnehmung der Düse, wenn sie am Sockel anliegt, einen Hohlraum definiert, der den zentralen Teil der Düse mit den Öffnungen der Form verbindet; und

eine Einrichtung für die Zuführung von Polymer gesondert von jeder Sockelöffnung _ZUm Modellhohlraum in der Form.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,, daß die Einrichtung für die Zuführung von Polymer von den Öffnungen zu dem Modellhohlraum Speisekanäle umfaßt, welche in den Modellhohlraum am Ende des Turbinenblatts zu beiden Seiten einer Verlängerung der Mittelfläche des Kerns münden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisekanäle parallel in einem Speisekanalkörper angeordnet sind,so daß das darin verfestigte Polymer durch Bewegung des daran haftenden Modells in Richtung auf den Modellhohlraum herausgezogen werden kann, damit ein einstückiger Speisekanalkörper verwendet werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung aufweist,

der

mit der/Fluß durch die Fördereinrichtung ausgewogen gestaltet werden kann, um die Geschwindigkeit zu beeinflussen, mit der Polymer zu den einzelnen Punkten im Modellhohlraum geführt werden kann, so daß ein gleichförmigeres Teil entsteht.

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