EP1049549A1 - Cast part, method for producing a cast part and casting mould - Google Patents

Cast part, method for producing a cast part and casting mould

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EP1049549A1
EP1049549A1 EP99932439A EP99932439A EP1049549A1 EP 1049549 A1 EP1049549 A1 EP 1049549A1 EP 99932439 A EP99932439 A EP 99932439A EP 99932439 A EP99932439 A EP 99932439A EP 1049549 A1 EP1049549 A1 EP 1049549A1
Authority
EP
European Patent Office
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casting
positioning element
mold
area
casting mold
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EP99932439A
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EP1049549B1 (en
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Peter Tiemann
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP1049549B1 publication Critical patent/EP1049549B1/en
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C21/00—Flasks; Accessories therefor
    • B22C21/12—Accessories
    • B22C21/14—Accessories for reinforcing or securing moulding materials or cores, e.g. gaggers, chaplets, pins, bars

Definitions

  • the invention relates to a positioning element with a surface, an initial region and an end region, which serves to space two casting mold regions, in particular a lost casting mold, these at least partially delimiting a casting region, which casting region can be filled with a casting material.
  • the invention further relates to a casting mold, a casting and a method for producing a casting.
  • a casting mold which has an outer shell and a casting core.
  • the outer shell encloses a casting space that defines an outer shape of the casting.
  • the casting core is arranged in the casting space and is spaced and positioned by a support from the outer shell.
  • a casting area is formed between the outer shell and the casting core and can be filled with a casting material. If the casting has two adjacent inner cavities, which are separated from one another by an intermediate wall made of the casting material, then two casting cores which are arranged in the casting space are used to produce the inner cavities.
  • the casting cores each have a casting area, the casting areas being spaced apart from one another so that the casting space extends between them to produce the intermediate wall.
  • the support is designed both for spacing and positioning the casting cores with respect to the outer shell, and for spacing and positioning the casting mold regions. 2 det. It consists of a material that melts when the casting area is poured out and connects to the casting material. The melting can make the support unstable when pouring out the casting area, so that it can no longer reliably prevent the position of the lost casting area from changing.
  • the inner cavity of the casting is used to guide a cooling fluid, cooling fluid can undesirably emerge from the inner cavity through the holes.
  • the posts are metallic cylindrical pins which protrude into the outer shell and end on the casting core. Because the outer shell and the core are removed and destroyed after the casting is made, they are also referred to as the lost outer shell and core.
  • the object of the invention is to provide a casting mold with a positioning element which is used to space the casting mold regions, in particular lost casting mold regions. Further tasks are to specify a cast part and a method for producing a cast part.
  • the object directed to the casting mold with positioning element is achieved by a casting mold with a positioning element according to the preamble of patent claim 1, which has a geometrical configuration which, after the casting area has been poured out, is secured against falling out of the casting material conditionally.
  • a casting mold with at least one casting core or a casting core structure is used to produce a casting with a plurality of adjacent interior cavities or a plurality of interconnected interior cavity regions of an interior cavity.
  • a mold core defines an inner mold area.
  • the inner cavities or the inner cavity areas of the casting are separated from one another by an intermediate wall and can be used, for example, to guide a cooling fluid for cooling the casting.
  • the lost mold areas are referred to as mold areas of a cast core or of a cast core structure which is destroyed and is therefore lost after being used for producing the cast part.
  • One positioning element or several positioning 4 elements serve / serve the fixed positioning (fixation) of cast cores or cast core areas, so that a mutual displacement of these core parts is avoided when pouring.
  • the casting space between the, in particular lost, mold areas serves to produce the intermediate wall.
  • the positioning element is enclosed by casting material between its starting area and its end area. Due to the geometrical configuration of the positioning element, falling out of the intermediate wall is reliably avoided, so that no holes can arise in the intermediate wall. At most, there is a small gap between the casting material and the surface of the positioning element. Due to the preferred geometric configuration, the positioning element is held in the intermediate wall, and due to the possibly remaining intermediate space, only a small amount of cooling fluid can pass when cooling fluid is guided through the inner cavity regions.
  • the geometric configuration of the positioning element preferably has a contour of the surface with at least one local extremum between the start region and the end region.
  • the starting region and the end region preferably each have a thickening.
  • the positioning element additionally or alternatively has a thickening between the start region and the end region.
  • the positioning element is formed from a base material that has a higher melting point than the cast material.
  • a nickel-based or cobalt-based superalloy is used as the casting material, for example. Melting, melting or melting of the base material when pouring out the casting 5 empires with the casting material is omitted in this case. A change in the position of the, in particular lost, casting cores or the geometry of the, in particular lost, casting core structure is thereby avoided.
  • the base material is further preferably a metal, in particular tungsten.
  • a protective layer in particular an oxide layer, is preferably attached to the surface of the positioning element.
  • the positioning element is preferably used for spacing two, in particular lost, mold regions which are used to produce a turbine blade.
  • The, in particular lost, mold regions are further preferably used to produce at least one inner cavity in the turbine blade.
  • the start region and / or the end region of the positioning element preferably protrude into a respective, in particular lost, mold region. As a result, the positioning element is held in the mold areas and is secured against slipping.
  • the object directed to the cast part is achieved by a cast part, in particular a turbine blade for a gas turbine, according to the preamble of patent claim 9, the intermediate wall having a positioning element which is at least partially enclosed by the cast material and has a geometric configuration which a protection against falling out of the casting material.
  • the cast part has a positioning element, which according to the 6 stanchions regarding the design of a mold is formed.
  • a pourable casting area is at least partially limited, in which casting area a positioning element is arranged with which the Mold areas are spaced apart.
  • the casting area is poured out with a casting material which at least partially surrounds the positioning element after solidification.
  • the positioning element has a geometric configuration which prevents it from falling out of the cast material.
  • the positioning element, the casting mold, the casting and the method for producing a casting are explained in more detail by way of example using the exemplary embodiments shown in the drawing.
  • FIG. 3 shows a turbine blade of a gas turbine in a cross section
  • F FIIGG 4 4 a positioning element in a longitudinal section
  • 5 shows a further positioning element in a longitudinal section.
  • FIG. 1 shows a cross section through a casting mold 1 directed along a main axis 24 for producing a gas turbine blade.
  • the casting mold 1 has an outer shell 2 which surrounds a casting space 7, in which three casting cores 3, 4 and 5 are positioned with the aid of support elements 6 and are spaced apart from the outer shell 2. It is also possible to space the casting cores 3, 4, 5 outside the casting area 8 with respect to the main axis 24 with respect to the outer shell 2 by e.g. B. a suitable suspension. In this case, the casting cores 3, 4, 5 are fixed at one end and movable at the other end. As a result, a casting area 8 is formed between the outer shell 2 and the casting cores 3, 4 and 5.
  • the outer shell 2 forms an outer mold area 40.
  • the cast cores 3, 4 and 5 each form the inner mold areas 9, 10 and 11, which are spaced apart from one another by positioning elements 12 to 16.
  • the positioning elements 12 to 16 are made of a base material 35 (see FIG. 4 or FIG. 5).
  • the support elements 6 each protrude m the outer shell 2 and the positioning elements 13 and 14 protrude into the mold areas 9 and 10 and the positioning element 16 protrudes into the mold areas 10 and 11.
  • Cast material 23 for example a nickel-based or cobalt-based superalloy.
  • the casting material 23 encloses the support elements 6 and the positioning elements 12 to 16 in the casting area 8.
  • the casting cores 3 to 5 are removed.
  • the positioning elements 12 to 16 each have a geometric configuration which prevents them from falling out of the casting material 23, even if the casting material 23 does not fuse with the base material 35.
  • a casting mold 2 for producing a casting 17, in particular a turbine blade, with an outer shell 2 and casting cores 3, 4 and 5 arranged therein is greatly simplified and schematized. Adjacent pairs of casting cores 3, 4 and 4, 5 are respectively fixed against each other by positioning elements 14.
  • the casting cores 3, 4 and 5 are fixedly connected to the outer shell 2 at a fixed end 42 and are movably supported on a loose end 43 opposite the fixed end 42 along the main axis 24 by at least one respective floating bearing (slide bearing) 41 along the main axis 24 .
  • This ensures that when casting material 23 is poured into the casting area 8 formed between the outer shell 2 and the casting cores 3, 4, 5, there is no displacement of the casting cores 3, 4, 5 in the transverse direction with respect to one another and with respect to the outer shell 2.
  • FIG. 3 shows a cross section through a casting 17 that can be produced with the casting mold 8, in particular a turbine blade 17.
  • the turbine blade 17 has three cavities 18 to 20. These are defined in the manufacture of the casting 17 by the casting cores 3, 4 and 5. Between the cavities 18 and 19 as well as 19 and 20 there is an intermediate wall 21 and 22.
  • the intermediate wall 21 In the intermediate wall 21 the positioning elements 12 to 14 are attached, which due to their geometrical configuration cannot fall out of the intermediate wall 21 formed with the casting material 23 .
  • the intermediate wall 22 has the positioning elements 15 and 16, which likewise cannot fall out of the cast material 23 due to their geometric configuration (with a kink, with a hole).
  • FIG. 4 shows the positioning element 14 in an enlarged view. It is essentially cylindrical 9 with an initial region 25, an end region 26 and a surface 27 with a surface contour 28.
  • the surface contour 28 has a local extremum 29 between the start region 25 and the end region 26, a maximum 29 due to a thickening 30 provided between the start region 25 and the end region 26.
  • FIG. 5 shows an enlarged representation of the positioning element 13, which has a thickening 31 and 32 at its end region 25 and at its starting region 26.
  • the surface contour 28 has a local extremum 33, a minimum, between the start region 25 and the end region 26.
  • the invention is characterized by a positioning element with an initial region and an end region, which positioning element has a geometrical configuration which, after enclosing the positioning element between the initial region and the end region with a casting material, prevents it from falling out of the casting material.
  • the positioning element is used to fix two inner mold areas (casting cores, casting core areas) against each other.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

The invention relates to a cast part (17) with at least two hollow chambers (18, 19) between which an intermediate wall (21) with a positioning element (12 to 16) is situated. Said positioning element (12 to 16) acts as a spacer for keeping two areas of a casting mould, especially a lost casting mould (1), at a distance from each other, said areas at least partially delimiting a casting area (8). The positioning element (12 to 16) has a geometrical configuration which prevents it from falling out of the intermediate wall (21). The invention also relates to a casting mould (1) and to a method for producing a cast part (17).

Description

Beschreibungdescription
Gußteil, Verfahren zur Herstellung eines Gußteils sowie GußformCasting part, process for producing a casting and casting mold
Die Erfindung betrifft ein Positionierungselement mit einer Oberfläche, einem Anfangsbereich und einem Endbereich, welches zur Beabstandung zweier Gußformbereiche, insbesondere einer verlorenen Gußform, dient, wobei diese einen Gußbereich zumindest teilweise begrenzen, welcher Gußbereich mit einem Gußmaterial ausfüllbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Gußform, ein Gußteil sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gußteils.The invention relates to a positioning element with a surface, an initial region and an end region, which serves to space two casting mold regions, in particular a lost casting mold, these at least partially delimiting a casting region, which casting region can be filled with a casting material. The invention further relates to a casting mold, a casting and a method for producing a casting.
Zur Herstellung eines Gußteils mit einem Innenhohlraum ist es aus der DE 33 12 867 AI bekannt, eine Gußform zu verwenden, die eine äußere Schale und einen Gußkern aufweist. Die äußere Schale umschließt einen Gußraum, der eine äußere Form des Gußteils definiert. Zur Herstellung des Innenhohlraums ist der Gußkern im Gußraum angeordnet und durch eine Abstützung von der äußeren Schale beabstandet sowie positioniert. Dadurch ist zwischen der äußeren Schale und dem Gußkern ein Gußbereich gebildet, der mit einem Gußmaterial ausfüllbar ist. Weist das Gußteil zwei benachbarte Innenhohlräume auf, die durch eine Zwischenwand aus dem Gußmaterial voneinander getrennt sind, so werden zur Herstellung der Innenhohlräume zwei Gußkerne verwendet, die im Gußraum angeordnet sind. Die Gußkerne weisen jeweils einen Gußformbereich auf, wobei die Gußformbereiche voneinander beabstandet sind, so daß sich der Gußraum zwischen ihnen zur Herstellung der Zwischenwand erstreckt .To produce a casting with an inner cavity, it is known from DE 33 12 867 AI to use a casting mold which has an outer shell and a casting core. The outer shell encloses a casting space that defines an outer shape of the casting. To produce the inner cavity, the casting core is arranged in the casting space and is spaced and positioned by a support from the outer shell. As a result, a casting area is formed between the outer shell and the casting core and can be filled with a casting material. If the casting has two adjacent inner cavities, which are separated from one another by an intermediate wall made of the casting material, then two casting cores which are arranged in the casting space are used to produce the inner cavities. The casting cores each have a casting area, the casting areas being spaced apart from one another so that the casting space extends between them to produce the intermediate wall.
Die Abstützung ist sowohl zur Beabstandung und Positionierung der Gußkerne in bezug auf die äußere Schale, als auch zur Be- abstandung und Positionierung der Gußformbereiche ausgebil- 2 det. Sie besteht aus einem Material, das bei einem Ausgießen des Gußbereiches aufschmilzt und mit dem Gußmaterial verbindet. Durch das Aufschmelzen kann die Abstutzung beim Ausgießen des Gußbereiches instabil werden, so daß sie eine Veran- derung der Position der verlorenen Gußformbereiche nicht mehr sicher unterbinden kann.The support is designed both for spacing and positioning the casting cores with respect to the outer shell, and for spacing and positioning the casting mold regions. 2 det. It consists of a material that melts when the casting area is poured out and connects to the casting material. The melting can make the support unstable when pouring out the casting area, so that it can no longer reliably prevent the position of the lost casting area from changing.
Aus der US-PS 3,596,703 und der US-PS 3,662,816 ist es jeweils bekannt, zur Herstellung des Gußteils eine Gußform zu verwenden, die Pfosten aufweist, welche einen Gußkern zur Herstellung eines Innenhohlraums im Gußraum halten und von der äußeren Schale beabstanden. Die Gußform und die Pfosten sind aus einem keramischen Material ausgeführt. Nach dem Ausgießen des Gußbereiches werden die äußere Schale und der Guß- kern entfernt und dabei zerstört. Technologisch bedingt werden die Pfosten dabei mit entfernt, da sie aus dem gleichen Material bestehen wie die äußere Schale und der Gußkern. Dadurch weist ein mit der Gußform herstellbares Gußteil Locher auf, die einen Zugang zum Innenhohlraum bilden. Wird der In- nenhohlraum des Gußteils zur Fuhrung eines Kuhlfluids verwendet, so kann unerwunschterweise Kuhlfluid durch die Locher aus dem Innenhohlraum nach außen treten. Es ist weiterhin bekannt, die Pfosten als metallische zylindrische Stifte auszufuhren, die in die äußere Schale hineinragen und am Gußkern enden. Da die äußere Schale und der Gußkern nach der Herstellung des Gußteils entfernt und zerstört werden, werden sie auch als verlorene äußere Schale und verlorener Gußkern bezeichnet .From US Pat. No. 3,596,703 and US Pat. No. 3,662,816 it is known in each case to use a casting mold for the production of the casting, which mold has posts which hold a casting core for producing an inner cavity in the casting space and which are spaced apart from the outer shell. The mold and the posts are made of a ceramic material. After the casting area has been poured out, the outer shell and the casting core are removed and destroyed in the process. For technical reasons, the posts are removed because they are made of the same material as the outer shell and the cast core. As a result, a casting which can be produced with the casting mold has holes which form an access to the inner cavity. If the inner cavity of the casting is used to guide a cooling fluid, cooling fluid can undesirably emerge from the inner cavity through the holes. It is also known to design the posts as metallic cylindrical pins which protrude into the outer shell and end on the casting core. Because the outer shell and the core are removed and destroyed after the casting is made, they are also referred to as the lost outer shell and core.
In der deutschen Zeitschrift „Gießerei-Praxis" , Nr. 18, 1960, sind m dem Artikel von Fritz Paschke „Erfahrung mit Kernstutzen und ihre Verwendung", Seite 327 bis 330, sogenannte Doppelkernstutzen beschrieben, durch die ein schwerer Gußkern, beispielsweise f r die Herstellung von dickwandigen Gußstücken, abgestutzt ist. Diese Doppelkernstutzen bewirken 3 hierbei eine gleitende Lagerung zwischen einer äußeren Schale und dem inneren Gußkern. Ziel der Doppelkernstutzen ist es hierbei nicht nur, dem dabei auftretenden hohen Druck standhalten zu können sondern auch den beim Gießen auftretenden hohen Auftriebskräften zu widerstehen.In the German magazine "Gießerei-Praxis", No. 18, 1960, the article by Fritz Paschke describes "Experience with core nozzles and their use", pages 327 to 330, so-called double core nozzles, through which a heavy cast core, for example for the Production of thick-walled castings, is trimmed. These double core stubs cause 3 a sliding bearing between an outer shell and the inner casting core. The aim of the double-core nozzle is not only to be able to withstand the high pressure that occurs, but also to withstand the high buoyancy forces that occur during casting.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gußform mit einem Positionierungselement anzugeben, das der Beabstandung von Gußformbereichen, insbesondere verlorenen Gußformbereichen, dient. Weitere Aufgaben sind es, ein Gußteil sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gußteils anzugeben.The object of the invention is to provide a casting mold with a positioning element which is used to space the casting mold regions, in particular lost casting mold regions. Further tasks are to specify a cast part and a method for producing a cast part.
Erfindungsgemaß wird die auf die Gußform mit Positionierungs- element gerichtete Aufgabe gelost durch eine Gußform mit ei- nem Positionierungselement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das eine geometrische Ausgestaltung aufweist, welche nach einem Ausgießen des Gußbereiches mit dem Gußmaterial eine Sicherung gegen Herausfallen aus dem Gußmaterial bedingt .According to the invention, the object directed to the casting mold with positioning element is achieved by a casting mold with a positioning element according to the preamble of patent claim 1, which has a geometrical configuration which, after the casting area has been poured out, is secured against falling out of the casting material conditionally.
Zur Herstellung eines Gußteils mit mehreren benachbarten In- nenhohlraumen oder mehreren miteinander verbundenen Innen- hohlraumbereichen eines Innenhohlraums wird eine Gußform mit zumindest einem Gußkern oder einem Gußkerngebilde verwendet. Ein Gußkern definiert hierbei jeweils einen inneren Gußformbereich. Eine äußere Schale, ob einteilig oder mehrteilig, bildet hierbei einen äußeren Gußformbereich. Die Innenhohl- raume, bzw. die Innenhohlraumbereiche des Gußteils sind dabei durch eine Zwischenwand voneinander getrennt und können bei- spielsweise der Fuhrung eines Kuhlfluids zur Kühlung des Gußteils dienen. Als verlorene Gußformbereiche werden im folgenden Gußformbereiche von einem Gußkern oder von einem Gußkern- gebilde bezeichnet, welcher/welches nach einer Verwendung zur Herstellung des Gußteils zerstört wird und damit verloren ist. Ein Positionierungselement oder mehrere Pos tionierungs- 4 elemente dient/dienen der festen Positionierung (Fixierung) von Gußkernen oder Gußkerngebieten, so daß eine gegenseitige Verschiebung dieser Kernteile beim Ausgießen vermieden ist.A casting mold with at least one casting core or a casting core structure is used to produce a casting with a plurality of adjacent interior cavities or a plurality of interconnected interior cavity regions of an interior cavity. A mold core defines an inner mold area. An outer shell, whether in one part or in several parts, forms an outer mold area. The inner cavities or the inner cavity areas of the casting are separated from one another by an intermediate wall and can be used, for example, to guide a cooling fluid for cooling the casting. In the following, the lost mold areas are referred to as mold areas of a cast core or of a cast core structure which is destroyed and is therefore lost after being used for producing the cast part. One positioning element or several positioning 4 elements serve / serve the fixed positioning (fixation) of cast cores or cast core areas, so that a mutual displacement of these core parts is avoided when pouring.
Der Gußraum zwischen den, insbesondere verlorenen, Gußformbereichen dient der Herstellung der Zwischenwand. Nach einem Ausgießen des Gußbereiches mit dem Gußmaterial ist das Positionierungselement zwischen dessen Anfangsbereich und dessen Endbereich von Gußmaterial umschlossen. Durch die geometri- sehe Ausgestaltung des Positionierungselements ist ein Herausfallen aus der Zwischenwand sicher vermieden, so daß keine Löcher in der Zwischenwand entstehen können. Es verbleibt allenfalls ein geringer Zwischenraum zwischen dem Gußmaterial und der Oberfläche des Positionierungselements. Durch die be- vorzugte geometrische Ausgestaltung ist das Positionierungselement in der Zwischenwand gehalten und durch den eventuell verbleibenden Zwischenraum kann bei einer Führung von Kühl- fluid durch die Innenhohlraumbereiche nur wenig Kühlfluid treten.The casting space between the, in particular lost, mold areas serves to produce the intermediate wall. After the casting area has been poured out with the casting material, the positioning element is enclosed by casting material between its starting area and its end area. Due to the geometrical configuration of the positioning element, falling out of the intermediate wall is reliably avoided, so that no holes can arise in the intermediate wall. At most, there is a small gap between the casting material and the surface of the positioning element. Due to the preferred geometric configuration, the positioning element is held in the intermediate wall, and due to the possibly remaining intermediate space, only a small amount of cooling fluid can pass when cooling fluid is guided through the inner cavity regions.
Vorzugsweise weist die geometrische Ausgestaltung des Positionierungselements eine Kontur der Oberfläche mit mindestens einem lokalen Extremum zwischen dem Anfangsbereich und dem Endbereich auf. Bevorzugtermaßen weisen der Anfangsbereich und der Endbereich jeweils eine Verdickung auf. In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung weist das Positionierungselement zwischen dem Anfangsbereich und dem Endbereich zusätzlich oder alternativ eine Verdickung auf.The geometric configuration of the positioning element preferably has a contour of the surface with at least one local extremum between the start region and the end region. The starting region and the end region preferably each have a thickening. In a further preferred embodiment, the positioning element additionally or alternatively has a thickening between the start region and the end region.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist das Positionierungselement aus einem Grundmaterial ausgebildet, das einen höheren Schmelzpunkt aufweist, als das Gußmaterial. Als Gußmaterial dient beispielsweise eine Nickelbasis- oder Kobalt- basis-Superlegierung. Ein Anschmelzen, ein Einschmelzen oder Aufschmelzen des Grundmaterials beim Ausgießen des Gußbe- 5 reichs mit dem Gußmaterial unterbleibt in diesem Fall. Eine Veränderung der Position der, insbesondere verlorenen, Gußkerne oder der Geometrie des, insbesondere verlorenen, Gußkerngebildes ist dadurch vermieden. Weiter bevorzugt ist das Grundmaterial ein Metall, insbesondere Wolfram.In a further preferred embodiment, the positioning element is formed from a base material that has a higher melting point than the cast material. A nickel-based or cobalt-based superalloy is used as the casting material, for example. Melting, melting or melting of the base material when pouring out the casting 5 empires with the casting material is omitted in this case. A change in the position of the, in particular lost, casting cores or the geometry of the, in particular lost, casting core structure is thereby avoided. The base material is further preferably a metal, in particular tungsten.
An der Oberflache des Positionierungselements ist vorzugsweise eine Schutzschicht, insbesondere eine Oxidschicht, angebracht. Hierdurch ist eine Verbindung des Gußmaterial mit dem Grundmaterial, insbesondere durch Anschmelzen, Einschmelzen oder Aufschmelzen des Grundmaterials und Mischung mit dem Gußmaterial zu einem Eutektikum, zumindest deutlich erschwert, wenn nicht sogar vermieden.A protective layer, in particular an oxide layer, is preferably attached to the surface of the positioning element. As a result, a connection of the casting material to the base material, in particular by melting, melting or melting the base material and mixing with the casting material to form a eutectic, is at least significantly more difficult, if not avoided.
Bevorzugterweise wird das Positionierungselement zur Beabstandung zweier, insbesondere verlorener, Gußformbereiche verwendet, die dem Herstellen einer Turbinenschaufel dienen. Weiter bevorzugt werden die, insbesondere verlorenen, Gußformbereiche zur Herstellung von zumindest einem Innenhohl- räum in der Turbinenschaufel verwendet.The positioning element is preferably used for spacing two, in particular lost, mold regions which are used to produce a turbine blade. The, in particular lost, mold regions are further preferably used to produce at least one inner cavity in the turbine blade.
Vorzugsweise ragt der Anfangsbereich und/oder der Endbereich des Positionierungselements in einen jeweiligen, insbesondere verlorenen, Gußformbereich hinein. Hierdurch wird das Posi- tionierungselement in den Gußformbereichen gehalten und ist gegen ein Verrutschen gesichert.The start region and / or the end region of the positioning element preferably protrude into a respective, in particular lost, mold region. As a result, the positioning element is held in the mold areas and is secured against slipping.
Die auf das Gußteil gerichtete Aufgabe wird gelost durch ein Gußteil, insbesondere eine Turbinenschaufel für eine Gastur- bine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9, wobei die Zwischenwand ein Positionierungselement aufweist, das zumindest teilweise von dem Gußmaterial umschlossen ist und eine geometrische Ausgestaltung aufweist, die eine Sicherung gegen Herausfallen aus dem Gußmaterial bedingt. Hierbei weist das Gußteil ein Positionierungselement auf, das gemäß der Ausfuh- 6 rungen bezüglich der Ausgestaltung einer Gußform ausgebildet ist .The object directed to the cast part is achieved by a cast part, in particular a turbine blade for a gas turbine, according to the preamble of patent claim 9, the intermediate wall having a positioning element which is at least partially enclosed by the cast material and has a geometric configuration which a protection against falling out of the casting material. Here, the cast part has a positioning element, which according to the 6 stanchions regarding the design of a mold is formed.
Die auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gußteils gerich- tete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10, wobei mit, insbesondere verlorenen, Gußformbereichen ein ausgießbarer Gußbereich zumindest teilweise begrenzt wird, in welchem Gußbereich ein Positionierungselement angeordnet wird, mit dem die Gußformbereiche voneinander beabstandet werden. Der Gußbereich wird mit einem Gußmaterial ausgegossen, welches nach einem Erstarren das Positionierungselement zumindest teilweise umschließt. Das Positionierungselement weist eine geometrische Ausgestaltung auf, die ein Herausfallen aus dem Gußmaterial verhindert.The object directed to a method for producing a cast part is achieved by a method according to the preamble of patent claim 10, wherein, in particular, lost mold areas, a pourable casting area is at least partially limited, in which casting area a positioning element is arranged with which the Mold areas are spaced apart. The casting area is poured out with a casting material which at least partially surrounds the positioning element after solidification. The positioning element has a geometric configuration which prevents it from falling out of the cast material.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele werden das Positionierungselement, die Gußform, das Gußteil und das Verfahren zur Herstellung eines Gußteils beispielhaft näher erläutert.The positioning element, the casting mold, the casting and the method for producing a casting are explained in more detail by way of example using the exemplary embodiments shown in the drawing.
Es zeigen schematisiert und teilweise nicht maßstäblich unter Darstellung der für die Erläuterung verwendeten konstruktiven und funktionellen Merkmale:They show schematically and partly not to scale, showing the constructive and functional features used for the explanation:
FIG 1 eine Gußform für eine Turbinenschaufel in einem Querschnitt;1 shows a casting mold for a turbine blade in a cross section;
FIG 2 einen Querschnitt durch eine Gußform2 shows a cross section through a mold
FIG 3 eine Turbinenschaufel einer Gasturbine in einem Querschnitt; F FIIGG 4 4 ein Positionierungselement in einem Längsschnitt; und FIG 5 ein weiteres Positionierungselement in einem Längsschnitt .3 shows a turbine blade of a gas turbine in a cross section; F FIIGG 4 4 a positioning element in a longitudinal section; and 5 shows a further positioning element in a longitudinal section.
Die Bezugszeichen sämtlicher Figuren haben jeweils die glei- ehe Bedeutung. 7 Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine entlang einer Hauptachse 24 gerichtete Gußform 1 zur Herstellung einer Gas- turbmenschaufel. Die Gußform 1 weist eine äußere Schale 2 auf, die einen Gußraum 7 umgibt, in dem drei Gußkerne 3, 4 und 5 mit Hilfe von Abstutzelementen 6 positioniert und von der äußeren Schale 2 beabstandet sind. Es ist ebenfalls möglich, die Gußkerne 3, 4, 5 außerhalb des Gußbereiches 8 in bezug auf die Hauptachse 24 gegenüber der äußeren Schale 2 zu beabstanden durch z. B. eine geeignete Aufhangung. In diesem Falle sind die Gußkerne 3, 4, 5 an einem Ende fixiert und am anderen Ende beweglich. Dadurch ist zwischen der äußeren Schale 2 und den Gußkernen 3, 4 und 5 ein Gußbereich 8 gebildet. Die äußere Schale 2 bildet einen äußeren Gußformbereich 40. Die Gußkerne 3, 4 und 5 bilden jeweils die inneren Guß- formbereiche 9, 10 und 11, die voneinander mit Positionie- rungselementen 12 bis 16 beabstandet sind. Die Positionierungselemente 12 bis 16 sind aus einem Grundmaterial 35 (siehe FIG 4 oder FIG 5) ausgeführt. Die Abstutzelemente 6 ragen jeweils m die äußere Schale 2 und die Positionierung- selemente 13 und 14 ragen in die Gußformbereiche 9 und 10 und das Positionierungselement 16 ragt in die Gußformbereiche 10 und 11 hinein.The reference numerals of all figures have the same meaning in each case. FIG. 1 shows a cross section through a casting mold 1 directed along a main axis 24 for producing a gas turbine blade. The casting mold 1 has an outer shell 2 which surrounds a casting space 7, in which three casting cores 3, 4 and 5 are positioned with the aid of support elements 6 and are spaced apart from the outer shell 2. It is also possible to space the casting cores 3, 4, 5 outside the casting area 8 with respect to the main axis 24 with respect to the outer shell 2 by e.g. B. a suitable suspension. In this case, the casting cores 3, 4, 5 are fixed at one end and movable at the other end. As a result, a casting area 8 is formed between the outer shell 2 and the casting cores 3, 4 and 5. The outer shell 2 forms an outer mold area 40. The cast cores 3, 4 and 5 each form the inner mold areas 9, 10 and 11, which are spaced apart from one another by positioning elements 12 to 16. The positioning elements 12 to 16 are made of a base material 35 (see FIG. 4 or FIG. 5). The support elements 6 each protrude m the outer shell 2 and the positioning elements 13 and 14 protrude into the mold areas 9 and 10 and the positioning element 16 protrudes into the mold areas 10 and 11.
Bei der Herstellung eines Gußteils 17 (siehe FIG 3) mit der Gußform 1, wird der Gußbereich 8 mit einem aufgeschmolzenenWhen producing a casting 17 (see FIG. 3) with the casting mold 1, the casting area 8 is melted with a
Gußmaterial 23, beispielsweise eine Nickelbasis- oder Kobalt- basis-Superlegierung ausgegossen. Das Gußmaterial 23 umschließt in dem Gußbereich 8 die Abstutzelemente 6 und die Positionierungselemente 12 bis 16. Nach dem Erstarren des Gußmaterials 23 werden die Gußkerne 3 bis 5 entfernt. Die Positionierungselemente 12 bis 16 weisen jeweils eine geometrische Ausgestaltung auf, die ein Herausfallen aus dem Gußmaterial 23, selbst bei einem Nichtverschmelzen des Gußmaterials 23 mit dem Grundmaterial 35, verhindert. In Figur 2 ist stark vereinfacht und schematisiert eine Gußform 2 zur Herstellung eines Gußteils 17, insbesondere einer Turbinenschaufel dargestellt mit einer äußeren Schale 2 und darin angeordneten Gußkernen 3, 4, und 5. Benachbarte Paare von Gußkernen 3, 4 und 4, 5 sind jeweils durch Positionierelemente 14 gegeneinander fixiert. Zwischen der äußeren Schale 2 und den Gußkernen 3, 4, 5 sind keine Fixierstifte oder Po- sitionierelemente vorgesehen. Vielmehr sind die Gußkerne 3, 4 und 5 an einem Festende 42 fest mit der äußeren Schale 2 ver- bunden und an einem dem Festende 42 entlang der Hauptachse 24 gegenüberliegenden Losende 43 durch zumindest ein jeweiliges Loslager (Gleitlager) 41 entlang der Hauptachse 24 beweglich gelagert. Hierdurch ist gewährleistet, daß bei einem Eingießen von Gußmaterial 23 in den zwischen äußerer Schale 2 und Gußkernen 3, 4, 5 gebildeten Gußbereich 8 keine Verschiebung der Gußkerne 3, 4, 5 in Querrichtung gegeneinander sowie gegenüber der äußeren Schale 2 auftritt.Cast material 23, for example a nickel-based or cobalt-based superalloy. The casting material 23 encloses the support elements 6 and the positioning elements 12 to 16 in the casting area 8. After the casting material 23 has solidified, the casting cores 3 to 5 are removed. The positioning elements 12 to 16 each have a geometric configuration which prevents them from falling out of the casting material 23, even if the casting material 23 does not fuse with the base material 35. In FIG. 2, a casting mold 2 for producing a casting 17, in particular a turbine blade, with an outer shell 2 and casting cores 3, 4 and 5 arranged therein is greatly simplified and schematized. Adjacent pairs of casting cores 3, 4 and 4, 5 are respectively fixed against each other by positioning elements 14. No fixing pins or positioning elements are provided between the outer shell 2 and the cast cores 3, 4, 5. Rather, the casting cores 3, 4 and 5 are fixedly connected to the outer shell 2 at a fixed end 42 and are movably supported on a loose end 43 opposite the fixed end 42 along the main axis 24 by at least one respective floating bearing (slide bearing) 41 along the main axis 24 . This ensures that when casting material 23 is poured into the casting area 8 formed between the outer shell 2 and the casting cores 3, 4, 5, there is no displacement of the casting cores 3, 4, 5 in the transverse direction with respect to one another and with respect to the outer shell 2.
Die Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch ein mit der Gußform 8 herstellbares Gußteil 17, insbesondere eine Turbinenschaufel 17. Die Turbinenschaufel 17 weist drei Hohlräume 18 bis 20 auf. Diese werden bei der Herstellung des Gußteils 17 durch die Gußkerne 3, 4 und 5 definiert. Zwischen den Hohlräumen 18 und 19 sowie 19 und 20 befindet sich jeweils eine Zwischenwand 21 und 22. In der Zwischenwand 21 sind die Posi- tionierungselemente 12 bis 14 angebracht, die aufgrund ihrer geometrischen Ausgestaltung nicht aus der mit dem Gußmaterial 23 gebildeten Zwischenwand 21 herausfallen können. Die Zwischenwand 22 weist die Positionierungselemente 15 und 16 auf, die ebenfalls aufgrund ihrer geometrischen Ausgestaltung (mit Knick, mit Loch) nicht aus dem Gußmateπal 23 herausfallen können .FIG. 3 shows a cross section through a casting 17 that can be produced with the casting mold 8, in particular a turbine blade 17. The turbine blade 17 has three cavities 18 to 20. These are defined in the manufacture of the casting 17 by the casting cores 3, 4 and 5. Between the cavities 18 and 19 as well as 19 and 20 there is an intermediate wall 21 and 22. In the intermediate wall 21 the positioning elements 12 to 14 are attached, which due to their geometrical configuration cannot fall out of the intermediate wall 21 formed with the casting material 23 . The intermediate wall 22 has the positioning elements 15 and 16, which likewise cannot fall out of the cast material 23 due to their geometric configuration (with a kink, with a hole).
In Figur 4 ist m vergrößerter Darstellung das Positionie- rungselement 14 gezeigt. Es ist im wesentlichen zylindrisch 9 mit einem Anfangsbereich 25, einem Endbereich 26 und einer Oberflache 27 mit einer Oberflachenkontur 28 ausgeführt. Die Oberflachenkontur 28 weist zwischen dem Anfangsbereich 25 und dem Endbereich 26 ein lokales Extremum 29, ein Maximum 29 durch eine zwischen Anfangsbereich 25 und Endbereich 26 angebrachte Verdickung 30 auf. Dadurch ist das Positionierungselement 14 nach einem Umschließen mit einem Gußmaterial 23 zwischen dem Anfangsbereich 25 und dem Anfangsbereich 26 gegen ein Herausfallen aus dem Gußmateπal 23 gesichert.FIG. 4 shows the positioning element 14 in an enlarged view. It is essentially cylindrical 9 with an initial region 25, an end region 26 and a surface 27 with a surface contour 28. The surface contour 28 has a local extremum 29 between the start region 25 and the end region 26, a maximum 29 due to a thickening 30 provided between the start region 25 and the end region 26. As a result, the positioning element 14 is secured against falling out of the casting material 23 after being encased with a casting material 23 between the starting area 25 and the starting area 26.
In Figur 5 ist m einer vergrößerten Darstellung das Positionierungselement 13 gezeigt, das an seinem Endbereich 25 und an seinem Anfangsbereich 26 jeweils eine Verdickung 31 und 32 aufweist. Dadurch weist die Oberflachenkontur 28 zwischen dem Anfangsbereich 25 und dem Endbereich 26 ein lokales Extremum 33, ein Minimum auf.FIG. 5 shows an enlarged representation of the positioning element 13, which has a thickening 31 and 32 at its end region 25 and at its starting region 26. As a result, the surface contour 28 has a local extremum 33, a minimum, between the start region 25 and the end region 26.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Positionierungselement mit einem Anfangsbereich und einem Endbereich, welches Positionierungselement eine geometrische Ausgestaltung aufweist, die nach einem Umschließen des Positionierungselements zwischen dem Anfangsbereich und dem Endbereich mit einem Guß- material ein Herausfallen aus dem Gußmaterial verhindert. Das Positionierungselement dient der Fixierung zweier innerer Gußformbereiche (Gußkerne, Gußkerngebiete) gegeneinander. The invention is characterized by a positioning element with an initial region and an end region, which positioning element has a geometrical configuration which, after enclosing the positioning element between the initial region and the end region with a casting material, prevents it from falling out of the casting material. The positioning element is used to fix two inner mold areas (casting cores, casting core areas) against each other.

Claims

10Patentansprüche 10 patent claims
1. Gußform (1), insbesondere zur Herstellung einer Turbinenschaufel (17), die einen äußeren Gußformbereich (40) auf- weist, der zumindest zwei innere Gußformbereiche (9,10,11) umgibt, die durch ein Positionierungselement (12 bis 16) voneinander beabstandet sind und einen dadurch gebildeten Gußbereich (8) zumindest teilweise begrenzen, welcher Gußbereich (8) mit einem Gußmaterial (23) ausgießbar ist, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Positionierungselement (12 bis 16) nach einem Ausgießen mit dem Gußmaterial (31) von diesem zumindest teilweise umschlossen ist und eine geometrische Ausgestaltung aufweist, die eine Sicherung gegen Herausfallen aus dem Gußmaterial (23) be- dingt.1. casting mold (1), in particular for producing a turbine blade (17) which has an outer casting mold region (40) which surrounds at least two inner casting mold regions (9, 10, 11), which are defined by a positioning element (12 to 16) are spaced from one another and at least partially delimit a casting area (8) formed thereby, which casting area (8) can be poured out with a casting material (23), characterized in that the positioning element (12 to 16) after pouring out with the casting material (31 ) is at least partially enclosed by the latter and has a geometrical configuration, which prevents it from falling out of the cast material (23).
2. Gußform (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das Positionierungselement (12 bis 16) eine geometrische Ausgestaltung mit einer Kontur (28) der Oberfläche aufweist, wobei die Kontur (28) zwischen dem Anfangsbereich (25) und dem Endbereich (26) mindestens ein lokales Extremum (29) hat.2. Casting mold (1) according to claim 1, characterized in that the positioning element (12 to 16) has a geometric configuration with a contour (28) of the surface, the contour (28) between the start region (25) and the end region (26) has at least one local extremum (29).
3. Gußform (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Anfangsbereich (25) und der Endbereich (26) des Positionierungselementes (12 bis 16) jeweils eine Verdickung (31,32) aufweisen .3. Casting mold (1) according to one of the preceding claims, that the starting area (25) and the end area (26) of the positioning element (12 to 16) each have a thickening (31, 32).
4. Gußform (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das Positionierungselement (12 bis 16) eine Verdickung (30) zwischen dem Anfangsbereich (25) und dem Endbereich (26) aufweist. 114. Casting mold (1) according to claim 2, dadurchg ek indicates that the positioning element (12 to 16) has a thickening (30) between the start region (25) and the end region (26). 11
5. Gußform (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Positionierungselement (12 bis 16) aus einem Grundmaterial (35) ausgebildet ist, und das Grundmaterial (35) einen höheren Schmelzpunkt als das Gußmaterial (23) aufweist.5. Casting mold (1) according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the positioning element (12 to 16) is formed from a base material (35), and the base material (35) has a higher melting point than the casting material (23).
6. Gußform (1) nach Anspruch 5, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das Grundmateπal (35) des Positionierungselementes (12 bis 16) Wolfram ist.6. casting mold (1) according to claim 5, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t that the basic material (35) of the positioning element (12 to 16) is tungsten.
7. Gußform (l)nach Anspruch 6, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß an der Oberflache (27) des Positionierungselementes (12 bis 16) eine Schutzschicht, insbesondere eine Oxidschicht, angebracht ist.7. casting mold (l) according to claim 6, d a d u r c h g ek e n n e e c h n e t that on the surface (27) of the positioning element (12 to 16) a protective layer, in particular an oxide layer, is attached.
8. Gußform (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Positionierungselement (12 bis 16) einen Anfangsbereich (25) und einen Endbereich (26) aufweist, wobei der Anfangsbereich (25) und/oder der Endbereich (26) in einen jeweiligen Gußformbereich (9,10) hineinragen/hineinragt .8. Casting mold (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the positioning element (12 to 16) has a start region (25) and an end region (26), the start region (25) and / or the end region (26) in protrude / protrude a respective mold area (9, 10).
9. Gußteil (17), insbesondere eine Turbmenschaufel (17), das zumindest zwei Hohlräume (18,19) aufweist, zwischen denen eine Zwischenwand (21) aus einem Gußmaterial (23) angeordnet ist, wobei die Zwischenwand (21) ein Positionierungselement (12 bis 16) aufweist, das zumindest teilweise von dem Gußmaterial (31) umschlossen ist und eine geometrische Ausgestaltung aufweist, die eine Sicherung gegen Herausfallen aus dem Gußmaterial (31) bedingt.9. Cast part (17), in particular a turbine blade (17), which has at least two cavities (18, 19), between which an intermediate wall (21) made of a cast material (23) is arranged, the intermediate wall (21) being a positioning element ( 12 to 16), which is at least partially enclosed by the casting material (31) and has a geometric configuration that requires protection against falling out of the casting material (31).
10. Verfahren zur Herstellung eines Gußteils (17), insbesondere einer Turbinenschaufel (17), d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß mit Gußformbereichen (9,10,11,40) ein ausgießbarer Gußbereich (8) zumindest teil- 1210. A method for producing a cast part (17), in particular a turbine blade (17), characterized in that casting areas (9, 10, 11, 40) have a pourable casting area (8) at least partially 12
weise begrenzt wird, in welchem Gußbereich (8) ein Positionierungselement (12 bis 16) angeordnet wird, mit dem zwei innere Gußformbereiche (9,10,11) voneinander beabstandet werden, wobei der Gußbereich (8) mit einem Gußmaterial (23) ausgegossen wird und nach Erstarren des Gußmaterials (23) das Positionierungselement (12 bis 16) zumindest teilweise umschließt, wobei das Positionierungselement (12 bis 16) eine geometrische Ausgestaltung aufweist, die ein Herausfallen aus dem Gußmaterial (23) verhindert. is limited in which casting area (8) a positioning element (12 to 16) is arranged, with which two inner mold areas (9, 10, 11) are spaced apart, the casting area (8) being poured out with a casting material (23) and after the casting material (23) has solidified, the positioning element (12 to 16) at least partially surrounds it, the positioning element (12 to 16) having a geometric configuration which prevents it from falling out of the casting material (23).
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