DE3113294C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Spritz­ gusses, insbesondere auf die Herstellung von thermo­ plastischen Modellen für Investmentformen zum Gießen von hohlen Rotorblättern und Leitblättern von Gastur­ binen.

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

Die Maß- und Formgenauigkeit eines Gusses, verglichen mit einer Zeich­ nung, 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 Zen­ trum 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 stands wird somit durch die Präzision festgelegt, mit der der Kern innerhalb des Wachsmodells angeordnet ist.

Modelle werden häufig aus verschiedenen niedrig schmelzenden Polymeren hergestellt. Thermoplaste, 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 präzi­ sen Formen dieser Teile. In ähnlicher Weise sind die ke­ ramischen Kerne kompliziert und außerdem sind die Prä­ zisionserfordernisse die gleichen. Die Kosten sind des­ halb ebenfalls hoch.

Das Problem der Anordnung eines Kerns, insbesondere bei der Herstellung von Turbinenblättern aus miteinander ver­ bundenen Turbinenhälften ist allgemein bekannt. Siehe bei­ spielsweise die US-PSen 40 78 598 und 40 68 702. Dabei werden verschiedene Arten von Lokalisierungsmitteln in Kombination mit anderen mechanischen Festhaltemitteln ver­ wendet. Weitere Verbesserungen hinsichtlich der Lokali­ sierung der Kerne und der Bauart der Formen sind in der US-PS 42 83 835 beschrieben. Die vorliegende Erfindung hat sich als be­ sondes brauchbar in Verbindung mit der in dieser Patent­ anmeldung 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 spritzge­ gossen worden sind, wie sie bei der Fabrikation von Gas­ turbinenblättern erforderlich sind. Beispielsweise kann die Wandstärke (d. h. die Modelldicke) eines Gasturbinen­ blatts zwischen 1,3 und 0,55 mm variieren, wobei die Festhaltetoleranz besser als ± 0,012 mm zu sein hat. Dies scheint zunächst kein übermäßig strenges Erfordernis, jedoch besitzt der geformte keramische Kern selbst Ab­ weichungen, welche sich mit denjenigen des Spritzgußver­ fahrens addieren. Da außerdem der Kern spröde und oftmals brüchig ist, kann er nicht durch starke Klemmkräfte fest­ gehalten werden, weshalb Verformungen und gewisse Bewe­ gungen 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 Fließfähig­ keit kann die Temperatur erhöht werden. Dann ergeben sich aber Probleme mit der Schrumpfung, weshalb die Tempera­ tur 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 wäh­ rend des Spritzgußprozesses festzuhalten. Diese Vorkeh­ rungen sollten aber die Herstellung eines genauen Modells nicht stören.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich nun mit der Zu­ führung des geschmolzenen Polymers zur Form und der Ver­ teilung desselben in der Form. Der Ausdruck "Verteilung" bezieht sich auf die Art und Weise, mit der das geschmol­ zene 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 US-PSen 22 79 380 und 15 16 667. 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. Weiter­ hin ergeben Runzellinien und dergleichen, entlang denen das Polymer innerhalb der Form fließt, in der Oberfläche des Modells und des damit hergestellten Teils Uneben­ heiten, wodurch die erreichbare Toleranz weiter beeinflußt wird. Demgemäß besteht ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Präzi­ sionsmodellen, die keramische Kerne enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 so weiterzubilden, daß die Qualität eines dünnwan­ digen Wachsmodells verbessert und eine Verschiebung und/oder ein Bruch eines verhältnismäßig zer­ brechlichen keramischen Kerns in der Form vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vor­ richtung, bei denen ein erhärtbares Material, wie z. B. Wachs, Polymer oder Metall, zu beiden Seiten des Kerns eingespritzt wird. Vorzugsweise erfolgt dies im Falle von dünnwandigen Gas­ turbinenblättern mit Hilfe von Speisekanälen, die im wesentlichen parallel zur Längsachse des zu gießenden Teils bzw. des Kerns verlaufen. Bei der besten Aus­ führungsform gemäß der Erfindung werden die Speisekanäle von einem gemeinsamen Sockel außen an der Form beschickt, während Wachs von einer einzigen Düse mit einer einzigen Austrittsöffnung zugeführt wird. Die Düse besitzt an ihrer Spitze einen Entlastungskanal, so daß, wenn die Düse und der Sockel in Anlage aneinander gebracht und miteinander ausgerichtet sind, ein Hohlraum vor­ handen ist, in welchem Wachs von der Düsenbohrung zu den einzelnen Speisekanälen fließt. Bei der praktischen Anwen­ dung der Erfindung wird zwischen den Speisekanälen im Sockel keine feste Materialbrücke ausgebildet, wie dies an und für sich zu erwarten wäre. Infolgedessen ist die Ent­ nahme 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 Weiterbildung der Erfindung kann der Fluß zu den verschiedenen Teilen der Form dadurch kontrolliert werden, daß man den Durchmes­ ser oder die Form der Speisekanäle verändert.

Die vorliegende Erfindung schafft ein einfaches und trotz­ dem wirksames Mittel für die Verbesserung der Herstellung von Modellen. Runzellinien und Fließlinien werden beseitigt, und die Oberflächenbeschaffenheit und die Modelldetails werden verbessert. Die Gefahr einer Verschiebung und/oder eines Bruchs des Kerns infolge von unausgewogenen Drücken während des Spritzgießens wird wesentlich verringert.

Natürlich hat eine Verbesserung der Modelle auch ge­ nauere 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 Wan­ dungen. Die Erfindung hat sich als besonders brauchbar als Teil eines neuen Konzepts zur Herstellung von Turbi­ nenblättern erwiesen. Dieses neue Konzept besteht darin, daß zunächst ein hohler in entgegengesetzte Hälften trenn­ barer Gegenstand gegossen wird, worauf dann diese Hälften getrennt und in einen fertigen Gegenstand vereinigt wer­ den. So kann eine größere Kompliziertheit in den inneren Formen durch den Kern gestattet werden. Außerdem ist ei­ ne leichte Überprüfung des inneren Hohlraums möglich. Schließlich sind Kerne mit größerem Querschnitt und mit größerer Steifheit verwendbar.

Eine Investmentgießform und ein Investmentgießverfahren, welche sich auf das obige Konzept beziehen, sind in der US-PS 39 81 344 beschrieben. Eine besonders zweckmäßige Art und Weise zur Herstellung eines einheitlichen Mo­ dellzusammenbaus, von dem eine akkurate Form hergestellt werden kann, ist in der US-PS 40 62 396 beschrieben. Auf beide US-PSen wird hier ausdrücklich Bezug genommen.

Es können die verschiedensten Vorrichtungen zum Spritz­ gießen von Modellen verwendet werden. Gemäß der Erfindung wird eine handelsübliche Maschine verwendet. Die Maschine besitzt ein erhitztbares Reservoir für z. B. ge­ schmolzenes Wachs, welches unter Druck zu einer Düse ge­ führt wird. Die Modellform ist durch eine mehrteilige Metallform, die in die Maschine einsetzbar ist, defi­ niert. 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, währenddes­ sen Wachs durch die Düse unter kontrollierten Tempera­ tur-, Druck- 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 Vorrich­ tung 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 dünnwan­ dige Modell zu sehen sind;

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

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

Gemäß Fig. 1 ist eine mehrteilige Form 20 von verhältnis­ mäßig einfacher Gestalt aus drei primären Elementen zusam­ mengefügt. Ein erster Formenteil 22 und ein zweiter For­ menteil 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 Formentei­ len, die während des Einspritzens von Wachs fest mitein­ ander verklemmt sind. Die Elemente können auseinander­ genommen werden, wenn ein Zugang zum Hohlraum gewünscht wird. Dies geschieht automatisch mit Hilfe von hydrauli­ schen Zylindern, Gleitern, Führungen und dergleichen, die nicht dargestellt sind. Geschmolzenes Wachs wird in einem Reservoir (Quelle) 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 kera­ mischen 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 Wachs­ modells 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 tat­ sächliche Blatteil besitzt eine Länge von ungefähr 14 cm. Der Gesamtvolumen des Modells macht ungefähr 180 cm³ aus. Es ist deshalb klar, daß ein beträchtliches Ma­ terialvolumen 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 ge­ zeigte Vorrichtung ist die Düse 32 am Speisekanalkörper 26 angeschlossen. Es ist ersichtlich, daß der Kern 36 in­ nerhalb 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 Vorkeh­ rungen getroffen sein, um diese beiden Merkmale zu be­ rücksichtigen, 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 dimensionalen Abweichungen aufnehmen können. Dies hat zur Folge, daß eine gewisse Anzahl von Kernen lose sitzt und deshalb verschoben werden kann. In beiden Fällen wur­ de jedoch festgestellt, daß (a) der Kern beim Einspritzen von Wachs in die Form einer gewissen Bewegung unterliegt, 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 ge­ brochen wird, und zwar insbesondere zwischen den Loka­ lisierungsstiften. 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 46 kontrolliert das Fließen des Wachses aus der Düsenaustrittsöffnung 48. Der Drosselstab 46 wird durch einen hydraulischen Zylinder o. dgl. (nicht darge­ stellt) bewegt. Die Düse ist außerdem mit einem Heiz­ element 50 ausgerüstet, um die Düse über dem Schmelz­ punkt 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 abge­ schnitten, wie dies durch einen Oberflächenabschnitt 51 dargestellt wird (Größenordnung 0,01 mm), um zu vermeiden, daß die Düsen­ spitze aufsitzt. Es soll vielmehr eine Anlagelinie zwi­ schen der Düse und dem Sockel bestehen, da sich dies zur Erzielung einer guten Abdichtung als wünschenswert er­ wiesen hat. Wenn also die beiden Teile in der Spritzguß­ maschine dicht aneinandergedrückt werden, dann wird eine Metall-auf-Metall-Dichtung erzielt, welche den Aus­ tritt von Wachs verhindert, auch wenn eine geringe Fehl­ ausrichtung vorliegt. Mit dem Sockel 34 sind zwei gerade Speisekanäle 52 und 52′, die einen kreisförmigen Quer­ schnitt aufweisen, ausgerichtet. Die Speisekanäle, die einen Durchmesser von ungefähr 8 mm aufweisen, besitzen in Richtung auf das Modell einen sich leicht erweitern­ den Durchmesser (entlang der Achse beträgt der eingeschlos­ sene 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 Tur­ binenblatts. Es ist ersichtlich, daß die Speisekanäle parallel zur Längsachse des Turbinenblatts (± einige Grad) verlaufen und daß ein Speisekanal zu beiden Sei­ ten 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 Fig. 1) ist in die Vorderseite der Düse eingearbeitet, derart, daß sie die Düsenaustrittsöffnung 48 schneidet. Diese Rinne stellt eine Oberflächenausnehmung 56 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 Längs­ achse und besitzt bei einem Kugelradius der Düse von 17 mm einen halbkreisförmigen Querschnitt mit einem Ra­ dius 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 voll­ ständig 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 unter­ stützt. 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 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 Kühl­ stab 40 verringert das Volumen des Wachses im Wurzelteil des Turbinenblatts und beschleunigt seine Ver­ festigung durch Abführung von Wärme in den Speisekanal­ körper 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 ausge­ bildet 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 (ver­ mutlich als Folge von Kapillarwirkung), daß das halb geschmolzene Wachs im Hohlraum 58 in der Rinne 56 der Düse festgehalten wird. Infolgedessen liegt kein verfestig­ tes Material vor, welches die beiden Speisekanal­ öffnungen 54, 54′ verbindet. Als nächstes wird der Spei­ sekanalkörper 26 von den nach wie vor miteinander ver­ bundenen Formteilen 22 und 24 getrennt. Da die Speise­ kanäle 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 Mo­ dells verbunden und werden deshalb aus den Speisekanälen herausgezogen. Es ist ersichtlich, daß keine Notwendig­ keit besteht, die Speisekanalkörper zu teilen, da ein Rückstand, der die Speisekanäle an den Öffnungen ver­ bindet, nicht vorliegt. Hierauf können die anderen bei­ den 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 Runzelli­ nien anwesend sind, die bei Verwendung eines einzigen Speisekanals auftreten. Wenn die einander gegenüberlie­ genden Seiten des Kerns ungleiche Volumina aufweisen oder wenn es anderweitig vorteilhaft erscheint, dann kann der Fluß zu den beiden Seiten des Kerns durch unterschied­ liche Bemessung der Speisekanaldurchmesser beeinflußt wer­ den. Hierzu ist es auch möglich, verschiedene Durchmes­ ser 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 Speise­ kanäle 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 ermögli­ chen.

Die erfindungsgemäße Kombination aus Düse und Sockel kann auch mit Speisekanalkörpern und Formen verwendet werden, bei denen die Gußstäbchen nicht entlang der Längsachse herausgezogen, sondern durch Teilen des Spei­ sekanalkörpers 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 ver­ wendet werden. In einem solchen Fall gestattet es die Erfindung, Polymer durch gesonderte Speisekanäle ein­ zuführen, ermöglicht es aber gleichzeitig, die Gußstäbchen und die damit verbundenen Gegenstände nach der Ver­ festigung zu entnehmen, ohne daß die Gußstäbchen abge­ brochen werden. Dies beschleunigt und vereinfacht die Her­ stellung.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Düse verhältnismäßig einfach ist und nur eine einzige Boh­ rung besitzt, daß aber trotzdem mehrere Speisekanäle damit beschickt werden können. Wenn mehr als zwei Spei­ sekanäle 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 ge­ eignet ist. Es wurden bisher noch nicht viele Formen für diese Ausnehmungen an der Düse über die in den Zeich­ nungen 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, da­ mit die erwünschte Kapillarwirkung eintritt. Es wurde beobachtet, daß eine vollständig flache Ausnehmung, wie sie beispielsweise durch eine Abflachung der Spitze entsteht (beispielsweise durch eine beträchtliche Aus­ dehnung der Ausnehmung, welche den Raum 51 erzeugt), nicht wirksam ist. Es entsteht eine Brücke zwischen den Spei­ sekanalöffnungen 54, 54′. Daraus wurde das Prinzip abge­ leitet, 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 Ober­ flächen der Teile, welche den Hohlraum bilden) möglichst groß sein soll, um den Effekt zu steigern. Infolgedessen wird angenommen, daß ein Kanal oder eine andere Ausneh­ mung an der Spitze und nicht nur ein einfaches Abschnei­ den der Spitze nötig ist, damit die obigen Kriterien er­ reicht 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 Verfah­ rens 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 eine flache Spitze, die an der flachen Oberfläche an­ liegt, aufweisen. Die Düse wird dann eine rinnenartige Ausnehmung im flachen Spitzenteil aufweisen, damit das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Eine Abdichtung könnte durch eine Standardflächendich­ tung 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 Preßfahnenbil­ dung an der Eintrittsöffnung der Form vermieden werden muß.

Durch die vorliegende Erfindung werden Kernbrüche und Kernverschiebungen verringert. Außerdem werden gleichför­ mige und von Runzellinien freie Modelle erhalten. Dies ist der gleichmäßigen Verteilung des Wachses zuzuschrei­ ben, das durch die Speisekanäle zu beiden Seiten der Kernlinie zugeführt wird. Die Formkonstruktion wird ver­ einfacht, da es nicht nötig ist, daß der Speisekanal­ körper geöffnet werden kann, um eine Entfernung des Ma­ terials im Speisekanal zu gestatten. Außerdem muß der Arbeiter keine restliche Brücke zwischen den Speise­ kanälen entfernen. Die Erfindung erleichtert also die Massenproduktion von Modellen.

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

Claims (9)

1. Spritzgußverfahren unter Verwendung einer Düse mit einer einzigen Öffnung und einer Form mit mehreren Öffnun­ gen, dadurch gekennzeichnet, daß festes Material daran gehindert wird, zwischen den Öffnungen (48, 54, 54′) eine Brücke zu bilden, indem in der Düse (32) eine Oberflächen­ ausnehmung (56) geschaffen wird, die, wenn die Düse (32) mit der Form (20, 26) in Anlage gebracht wird, mit einem Ober­ flächenabschnitt (51) der Form einen Flüssigkeitshohlraum (58) bildet, der die Öffnungen (48, 54, 54′) verbindet, wobei die Oberflächenausnehmung (56) eine größere Oberfläche als der Oberflächenabschnitt (51) der Form (20) aufweist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Spritzgußverfahrens nach Anspruch 1, mit einem Hohlraum (28) in einer mehrteili­ gen Form (20), wobei ein Modell aus festem, jedoch schmelz­ baren Material, insbesondere thermoplastischem Polymer, Wachs oder Metall hergestellt wird und wobei in dem Modell genau ein dünner keramischer Kern (36) angeordnet ist, so daß ein dünnwandiger Gegenstand, wie z. B. ein hohles Turbi­ nenblatt, definiert wird, gekennzeichnet durch
eine Quelle (30) für das geschmolzene Material;
eine Düse (32) mit einer zentralen Bohrung, die bis zu einer Öffnung (48) an ihrer Spitze verläuft und eine Oberflächen­ ausnehmung (56) aufweist, welche die Öffnung (48) schneidet, wobei die Düse (32) mit der Quelle (30) für die Zuführung des Materials zur Spitze verbunden ist;
einen Sockel (34) in der Formoberfläche, wobei der Sockel (34) mindestens zwei Öffnungen (54, 54′) aufweist und wobei der Sockel (34) so geformt ist, daß er die Düse (32) auf­ nimmt und eine flüssigkeitsdichte Abdichtung damit bildet;
wobei die Oberflächenausnehmung (56) der Düse (32), wenn sie am Sockel (34) anliegt, einen Hohlraum (58) definiert, der den zentralen Teil der Düse (32) mit den Öffnungen (54, 54′) der Form (20) verbindet; und
eine Einrichtung für die Zuführung des Materials gesondert von jeder Sockelöffnung (54, 54′) zum Modellhohlraum in der Form (20).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Zuführung des Materials von den Öffnungen zu dem Modellhohlraum Speisekanäle (52, 52′) umfaßt, welche in den Modellhohlraum (28) am Ende des Gegen­ standes zu beiden Seiten einer Verlängerung der Mittelebene des Kerns (36) münden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisekanäle (52, 52′) parallel in einem Speiseka­ nalkörper (26) angeordnet sind, so daß das darin verfestigte Material durch Bewegung des daran haftenden Modells in Richtung auf den Modellhohlraum (28) herausgezogen werden kann, damit ein einstückiger Speisekanalkörper (26) ver­ wendet werden kann.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrich­ tung aufweist, mit der die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Material zu den einzelnen Punkten im Modellhohlraum (28) geführt werden kann, anpaßbar ist, so daß ein gleichförmi­ gerer Gegenstand entsteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsflächen oder die Öffnungen (54, 54′) der Speisekanäle (52, 52′) in Anpassung an unterschiedliche Volumina der Hohlraumabschnitte zu beiden Seiten des Kerns (36) unterschiedlich groß sind.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (32) eine kreuzför­ mige Oberflächenausnehmung (56) aufweist, die mit vier Speisekanälen korrespondiert.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (32) halbkugelförmig und der Sockel (34) entsprechend konkav geformt sind.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch eine Kombination, bestehend aus einer einzigen Düsenöffnung (48) mit einer Ausnehmung (58) und mehreren Formöffnungen (54, 54′), wobei die Düse (32) und die Form (20), wenn sie aneinander anlie­ gen, einen Flüssigkeit führenden Hohlraum (58) bilden und wobei der Teil der Düse (32), der den Hohlraum (58) defi­ niert, eine größere Oberfläche aufweist als der anliegende Oberflächen­ abschnitt (51) der Form (20), welche den Hohlraum (58) definiert.