DE69613140T2

DE69613140T2 - Herstellung eines profils durch giessen

Info

Publication number: DE69613140T2
Application number: DE69613140T
Authority: DE
Inventors: Patrick Beighton
Original assignee: F V C Ltd
Current assignee: F V C Ltd
Priority date: 1995-11-07
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 2001-09-13
Anticipated expiration: 2016-11-07
Also published as: US6116327A; WO1997017150A2; ES2159762T3; AU7325196A; GB9522741D0; JP2000500069A; CA2236853A1; DE69613140D1; EP0862505A2; WO1997017150A3; EP0862505B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines flexiblen Musters bzw. Modells und auf ein Verfahren zum Herstellen einer keramischen Hohl- oder Schalenform unter Verwendung eines flexiblen Musters.
Es ist bekannt, einen metallischen Formkörper durch einen Zentrifugal-Gießvorgang herzustellen, bei dem geschmolzenes Metall in eine hohle Form gegossen wird, die sich dreht. Zentrifugalgießen bietet die Vorteile, eine Absonderung von Unreinheiten in Richtung auf die Drehachse und weg von der äußeren Oberfläche des Gußteils zu erzielen, da Unreinheiten, wie sie im allgemeinen angetroffen werden, eine niedrigere Dichte als das Metall des Gußteils aufweisen. Darüber hinaus ermöglicht Zentrifugalgießen die Herstellung von hohlen Gußkörpern mit kontrollierter Wanddicke, ohne daß die Notwendigkeit zentraler Kerne besteht, obwohl die rotierende Form, wenn gewünscht, ausreichend gefüllt werden kann, um einen geformten Körper ohne zentralen Hohlraum zu bilden. In jedem Fall kann der Teil des Gusses, der die Unreinheiten enthält, bspw. durch spanabhebendes Bearbeiten entfernt werden.
Bis heute wurde diese Zentrifugalgießen mit dauerhaften Formen für Metallformkörper mit einer relativ einfachen äußeren Oberflächenkonfiguration verwendet, die meist im wesentlichen zylindrisch war. Durch Bereitstellen einer Sandform mit geeigneter Form innerhalb eines Behälters, der im allgemeinen aus Stahl besteht, kann die äußere Oberfläche des Gußteils mit einer komplexeren Konfiguration versehen werden, wobei Einschränkungen durch die Schwierigkeit, Komplexität und Kosten des Entfernens von starren Mustern bzw. Modellen, typischerweise aus Holz, zum Herstellen der Sandform vorgegeben wurden, selbst dann, wenn die starren Muster zusammenlegbar ausgeführt sind, um das Abnehmen zu erleichtern.
Es besteht ein Bedarf an Metallformkörpern, insbesondere an hohlen Körpern wie etwa an Maschinengehäusen für Gasturbinen, die eine äußere Form mit relativ großer Komplexität und Präzision aufweisen, größer als das, was bisher durch Zentrifugalgießen möglich bzw. wirtschaftlich möglich herzustellen war.
Die JP-A-55153648 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines flexiblen Musters.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues und verbessertes Verfahren zum Herstellen eines flexiblen Musters und ein Verfahren zum Herstellen einer keramischen Schalenform unter Verwendung eines flexiblen Musters sowie die Verwendung der genannten Schalenform bei einem Verfahren zum Herstellen eines metallischen Formkörpers bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1, 9 und 26 gelöst.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Musters bzw. Modells aus einem flexiblen, elastisch verformbaren Material bereitgestellt, mit den Schritten, das Material in einen Formhohlraum einer eine erforderliche Gestalt aufweisenden Originalform zu gießen, bei der der Formhohlraum zwischen inneren und äußeren Teilen festgelegt ist, und das innere Teil aus dem äußeren Teil herauszunehmen, nachdem sich das Modell verfestigt hat, und anschließend das Modell aus dem äußeren Teil durch elastisches Verformen des Modells herauszunehmen, wodurch das Modell aus der Originalform herausgenommen wird, wobei das innere Teil mit einer Anzahl von Halteelementen versehen ist, die sich von der Oberfläche des inneren Teils aus in den Formhohlraum erstrecken, so daß sie in dem Modell eingebettet sind.
Der Formhohlraum kann eine im wesentlichen rohrförmige Konfiguration aufweisen.
Das innere Teil kann zumindest zwei Abschnitte aufweisen, und das Verfahren kann den Schritt umfassen, die beiden Abschnitte voneinander zu trennen, um das innere Teil aus dem äußeren Teil herauszunehmen.
Die Halteelemente können lösbar auf dem inneren Teil angebracht sein, und das Verfahren kann den Schritt umfassen, die Halteelemente aus der an dem inneren Teil gehaltenen Beziehung zu lösen.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, Verschlußteile an gegenüberliegenden Enden des Formhohlraums anzubringen, wobei zumindest eines der Verschlußteile relativ zu zumindest einem der inneren und äußeren Teile bewegbar ist.
Das Modell kann ein großes elastisches Verformungsgedächtnis haben, so daß es nach einer elastischen Verformung von bis zu dem 10-fachen seiner ursprünglichen Größe seine Form bis auf +0,01 mm wieder einnimmt.
Das Modell kann aus einem Silikonkautschuk bestehen.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer keramischen Hohlform bzw. Schalenform bereitgestellt mit den Schritten, ein Modell aus einem flexiblen, elastisch verformbaren Material mit einer erforderlichen Gestalt bereitzustellen, das auf einem Dorn abgestützt ist, zumindest eine Beschichtung aus aushärtbarem, hitzefestem Material auf das Modell aufzubringen, um eine starre Schale auszubilden, und den Dorn von einer abstützenden Beziehung mit dem Modell zu entfernen, und anschließend das Modell von der Schale durch elastisches Verformen des Modells abzunehmen, wobei der Dorn mit einer Anzahl von Halteelementen versehen ist, die sich von der äußeren Oberfläche des Dorns in das Modell erstrecken, so daß sie in dem Modell eingebettet sind.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, das hitzefeste Material zu erhitzen, um die Schale auszuhärten.
Zumindest eine zusätzliche Beschichtung aus hitzefestem Material kann über die zuvor aufgebrachte Beschichtung aufgebracht werden, nachdem das Modell von der Schale abgenommen worden ist.
Das Modell kann nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt sein. Das Modell kann eine im wesentlichen rohrförmige Konfiguration aufweisen. Der Dorn kann eine im wesentlichen rohrförmige Konfiguration aufweisen.
Der Dorn kann zumindest zwei Abschnitte aufweisen, und das Verfahren kann den Schritt umfassen, die Abschnitte voneinander zu trennen, um den Dorn aus der Schale herauszunehmen.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, ein Verschlußteil an einem Ende des Dorns anzubringen, um zu verhindern, daß das Beschichtungsmaterial ins Innere des Dorns gelangen kann.
Die äußere Oberfläche des Modells kann eine Formoberfläche bilden, die zumindest eine Hinterschneidung aufweist.
Die Halteelemente können lösbar auf dem Dorn angebracht sein, und das Verfahren kann die Schritte umfassen, die Halteelemente an dem Dorn zu befestigen, bevor der zumindest eine Beschichtungsschritt ausgeführt wird, und die Halteelemente von dem Dorn zu lösen, anschließend an die Ausbildung der Schale und vor dem Herausnehmen des Modells aus der Schalenform.
Die Halteelemente, die lösbar auf dem Dorn gehalten sind, können in dem Modell eingebettet werden, bevor das Modell auf dem Dorn abgestützt wird.
Die Halteelemente können durch die Halteelemente nach dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet sein, wobei die Halteelemente nach der Trennung des Modells aus der Originalform in dem Modell eingebettet bleiben.
Der Dorn kann durch den inneren Teil der Form nach dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet sein.
Alternativ kann der Dorn getrennt von dem inneren Teil der Form nach dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet sein, kann aber zumindest eine äußere Oberfläche mit der gleichen oder einer ähnlichen Konfiguration wie die innere Oberfläche des Modells aufweisen.
Wenn der Dorn durch den inneren Teil der Form nach dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet wird, ist das Modell vorzugsweise in der gleichen Position auf dem Dorn gehalten, die es einnahm, während es hergestellt wurde.
Die keramische Schalenform nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in einem Verfahren zum Herstellen eines Metallformteils verwendet werden, mit den Schritten, geschmolzenes Metall in die keramische Schalenform einzuleiten, wobei diese in einem Behälter angebracht ist, den Behälter und die darin befindliche Schalenform um eine Achse in Drehung zu versetzen, und Abkühlenlassen des Metalls, damit es in der Schalenform erhärtet, und danach Abnehmen der Schalenform, um das Metallformteil freizulegen.
Der Behälter wird vorzugsweise um eine vertikale Achse gedreht, kann aber auch um eine horizontale Achse oder auch um eine Achse in irgendeiner anderen Neigung zur Vertikalen gedreht werden.
Die Schalenform kann in dem Behälter angebracht sein, indem die Schalenform in dem Behälter angeordnet wird und partikelförmiges Material um die Schalenfarm herum eingebracht und verdichtet wird.
Das partikelförmige Material kann durch Vibration verdichtet werden.
Das partikelförmige Material kann aus Eisen oder aus sonstigen eisenhaltigen Metallpartikeln bestehen.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 eine Draufsicht ist, die eine Originalform zur Verwendung in einem die Erfindung verkörpernden Verfahren zeigt;
Fig. 2 einen bruchstückhaften Querschnitt in einem vergrößerten Maßstab entlang der Linie 2- 2 in Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 eine Ansicht eines Teils der Fig. 2 ist, dargestellt in einem vergrößerten Maßstab, wobei Teile weggelassen sind;
Fig. 4 ein Querschnitt ähnlich wie der nach Fig. 3 ist, wobei aber ein Schritt in der Herstellung einer die Erfindung verkörpernden Schalenform dargestellt ist; und
Fig. 5 ein schematischer Querschnitt durch eine Zentrifugalgießvorrichtung zur Verwendung in einem die Erfindung verkörpernden Verfahren zum Herstellen eines Metallformteils ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 ist eine Originalform im ganzen mit 10 bezeichnet und besteht aus einem im wesentlichen rohrförmigen äußeren Teil oder Gußform 11 und einem im wesentlichen rohrförmigen inneren Teil 12, wodurch ein Formhohlraum C dazwischen festgelegt ist.
Der äußere Teil 11 ist in Längsrichtung geteilt und besteht somit aus zwei Abschnitten 11a, 11b, die durch Stiftbolzen 13 miteinander verbunden sind, welche mittels Gewinde mit dem unteren Formabschnitt 11b zusammenwirken und durch eine Öffnung 14 in dem oberen Formabschnitt 11a hindurchgehen, wobei eine Mutter 15 mit dem Stiftbolzen zusammenwirkt und ein Zugang zu dieser durch einen Schlitz 16 in dem oberen Formteil 11 gebildet wird. Dadurch ist es möglich, daß der Abstand der beiden Teile durch Ausgleichsscheiben eingestellt wird, wenn dies erforderlich ist. Alternativ kann der äußere Teil 11 ein einteiliges Element sein, wenn dies gewünscht ist.
Ein Paar Ansätze 17 sind an diametral einander gegenüberliegenden Stellen zur Erfassung durch einen Kran oder eine sonstige Hebeeinrichtung angeordnet, um die Handhabung der Originalform zu erleichtern.
Im vorliegenden Beispiel weist die Originalform 10 eine äußere Oberfläche 20 auf, die in der Draufsicht, was am besten in Fig. 1 dargestellt ist, eine zwölfseitige polygonale Form aufweist, und eine innere Oberfläche 21 mit im wesentlichen zylindrischer Form, die aber eine detaillierte Konfiguration aufweist, wie in Fig. 2 dargestellt ist, mit einer Anzahl von longitudinalen Bereichen, von denen einige mit 22a-m bezeichnet sind, und von denen manche, wie mit 221 und 22 m bezeichnet, eine Hinterschneidung bilden. Einige der Bereiche sind ferner mit Aussparungen versehen, die sich nur örtlich bzw. über einen Teil des Umfangs erstrecken, wie mit 23 angegeben ist.
Die innere Oberfläche 21 ist auf eine hohe Genauigkeit bearbeitet, bspw. auf eine Toleranz von ±0,05 mm.
Der innere Teil 12 besteht in gleicher Weise aus zwei in Längsrichtung getrennten und miteinander verbundenen Abschnitten 12a, 12b, wobei die Abschnitte 12a und 12b mit einem ringförmigen, nach innen gerichteten Flansch 24a, 24b versehen sind, und die Flansche durch in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Bolzen 25 miteinander verbunden sind.
Die inneren Formabschnitte 12a, 12b weisen eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Konfiguration auf, wobei ihre Enden mit kleinerem Durchmesser lösbar durch die Bolzen 25 miteinander verbunden sind, so daß die Formabschnitte 12a, 12b aus dem äußeren Formteil 11 herausgenommen werden können, indem die Bolzen 25 gelöst werden und die inneren Formabschnitte 12a, 12b von gegenüberliegenden Enden des äußeren Formteils 11 aus herausgezogen werden, wobei deren Abschnitte miteinander verbunden bleiben.
An ihren Enden mit größerem Durchmesser weisen die inneren Formabschnitte 12a, 12b ferner nach innen gerichtete ringförmige Flansche 26, 27 auf, und zwar an den im Gebrauch oberen und unteren Enden 28, 29 der Originalform. Der Flansch 26 weist eine kreisförmige Platte 30 auf, die durch Bolzen 31 lösbar daran befestigt ist, während eine ringförmige Gießform- Verschlußplatte 32 durch weitere Bolzen 33 mit dem oberen Ende des äußeren Formabschnitts 1 1a verbunden ist. Ein Positionierungsstift 34 und zugehörige Hülsen 35, 35a sind vorgesehen, um die Gießform-Verschlußplatte und die ringförmige Platte 30 präzise relativ zu dem Flansch 26 zu positionieren.
Eine ähnliche Anordnung ist am unteren Ende 29 der Originalform 10 vorgesehen, wobei ähnliche Bauteile mit entsprechenden, gestrichenen Bezugszeichen versehen sind.
Der innere Formteil 12 ist mit einer Anzahl von Halteelementen 36 versehen, die sich von einer nach außen weisenden Oberfläche 37 des inneren Formteils 12 in den Formhohlraum C hinein erstrecken. Jedes Halteelement besteht aus einem Stutzen, der ein im wesentlichen zylindrisches Nabenteil 38 und ein im wesentlichen kreisförmiges, plattenförmiges Kopfteil 39 aufweist, wobei sich eine zentrale, mit Gewinde versehene Bohrung 40 durch diesen erstreckt, in der im Gebrauch eine Innensechskantschraube 41 mittels Gewinde aufgenommen ist. Die nach außen weisende Oberfläche 37 und eine nach innen weisende Oberfläche 42 des inneren Formteils 12 sind mit Ausnehmungen versehen, die Halterungen bzw. einen Sitz für die Unterseite des Kopfs einer jeden Innensechskantschraube 41 und für eine endseitige Oberfläche des Nabenteils 38 bereitstellen, wobei sich eine Bohrung 43 durch die Wand des inneren Formteils 12 für die Innensechskantschraube 41 erstreckt. Halteelemente 36 mit gleicher Konfiguration sind in ähnlicher Weise auf den endseitigen Platten 30, 35 angebracht.
Im Gebrauch wird ein geeignetes, aushärtbares Material in den Formhohlraum C in fließfähiger Form durch eine geeignete Zuführungsöffnung oder Durchlässe eingeleitet, die nicht dargestellt sind, so daß der Formhohlraum C vollständig gefüllt wird und die Halteelemente 36 in einem Muster bzw. Modell P eingebettet werden, das gebildet wird, wenn das Material aushärtet.
Das Muster wird aus einem beliebigen geeigneten, flexiblen, elastisch verformbaren Material hergestellt, das ein ausreichend großes Formgedächtnis seiner geformten Gestalt aufweist, so daß es in dieser Form mit einer großen Genauigkeit nach einer elastischen Verformung zurückkehrt. Das Formgedächtnis ist bspw. so, daß das Muster seine Form auf +0,01 mm nach einer elastischen Verformung von bis zu dem 10-fachen seiner ursprünglichen Größe wieder einnimmt.
Ein geeignetes Material ist Silikonkautschuk, wie bspw. der Silikonkautschuk RTV-2, der durch Wacker hergestellt wird und als "Elastosil M4601" bekannt ist.
Hierbei handelt es sich um einen fließfähigen, durch Mischung auszuhärtenden Zweikomponenten-Silikonkautschuk, der bei Raumtemperatur vulkanisiert werden kann; Eigenschaften sind eine gute Fließfähigkeit, ein schnelles und schrumpfungsfreies Aushärten bei Raumtemperatur, eine niedrige Shore-A-Härte (etwa 26), hohe Kerbzähigkeit und eine außergewöhnliche Langzeitstabilität der mechanischen Eigenschaften des Vulkanisats.
Der Kautschuk des vorliegenden Beispiels hat die folgenden Eigenschaften.
Wenn gewünscht, kann die Gußform auf einem Drehtisch angeordnet und die Gußform gedreht werden, nachdem die Gußform mit Kautschuk gefüllt worden ist, so daß irgendwelche Blasen oder sonstige weniger dichte Unreinheiten sich von der äußeren Oberfläche des Musters wegbewegen, so daß eine Freiheit von Oberflächenfehlern gewährleistet wird. Wenn gewünscht, kann die Gußform gedreht werden, während sie gefüllt wird, oder die Gußform kann ortsfest sein, während sie gefüllt wird. Als weitere Alternative kann die Gußform in einer Vakuumkammer angeordnet sind, so daß gasförmige Unreinheiten aus dem Material des Modells extrahiert werden. Wiederum kann die Gußform einem Unterdruck erst nach dem Hineingießen oder alternativ sowohl während des Hineingießens als auch nach dem Hineingießen ausgesetzt werden.
Als weitere Alternative können sowohl die vorstehend beschriebenen Dreh- und Vakuumextraktionsvorgänge durchgeführt werden.
Nachdem sich der Kautschuk verfestigt hat und in geeigneter Weise ausgehärtet ist, werden die Bolzen 33 gelöst und die Gießform-Verschlußplatte 32 wird entfernt. Die der Platte 30 zugeordneten Innensechskantschrauben 41 werden von den Halteelementen 36 abgeschraubt und von der Platte 30 entfernt. Dann werden die Bolzen 31 losgeschraubt und die Platte 30 wird entfernt. Die Innensechskantschrauben 41, die dem oberen inneren Formabschnitt 12a zugeordnet sind, werden anschließend entfernt. Die Originalformanordnung wird dann umgedreht, wobei die Ansätze 17 verwendet werden, so daß sich das untere Ende 29 nun zuoberst befindet, und dann wird die gleiche Folge wie vorstehend beschrieben wiederholt. Dies bedeutet, daß die Bolzen 33' losgeschraubt werden und die Platte 32' entfernt wird, worauf die Innensechskantschrauben 41, die der Platte 30' zugeordnet sind, von den Halteelementen 36 abgeschraubt und abgenommen werden. Dann werden die Bolzen 31' losgeschraubt und die Platte 30' wird abgenommen. Die Innensechskantschrauben 41, die dem unteren inneren Formabschnitt 12b zugeordnet sind, werden anschließend abgenommen.
Die Bolzen 25 werden dann losgeschraubt, um zu ermöglichen, daß der innere Formabschnitt 12b aus der Formanordnung herausgenommen werden kann, und anschließend wird die Formanordnung erneut umgedreht, um sie in ihre Ausgangsstellung zurückzubringen, und der obere innere Formabschnitt 12a wird herausgenommen.
Danach wird das Modell, das in dem Hohlraum C abgeformt worden ist, von der nach innen weisenden Oberfläche 21 des äußeren Formteils 11 abgezogen bzw. abgeschält.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird danach das Muster auf dem oberen inneren Formabschnitt 12a erneut positioniert, und zwar in der identischen Position, in der es geformt worden ist, so daß die Halteelemente, die in dem Muster eingebettet geblieben waren, mit den entsprechenden Durchgängen 43 ausgerichtet sind. Die Innensechskantschrauben 41, die dem oberen inneren Formabschnitt 12a zugeordnet sind, werden dann erneut eingesetzt und festgezogen. Der untere innere Formabschnitt 12b wird dann in die Öffnung des Musters eingesetzt, wiederum in der gleichen Orientierung, die er während des Formvorgangs eingenommen hatte, und die Bolzen 25 werden festgezogen, um die oberen und unteren inneren Formabschnitte 12a und 12b miteinander zu verbinden. Die Innensechskantschrauben 41, die dem unteren inneren Formabschnitt 12b zugeordnet sind, werden dann erneut eingesetzt und festgezogen. Die Platte 30' wird anschließend durch Festziehen der Bolzen 31' an dem inneren Formteil 12 befestigt. Das innere Formteil 12 bildet nun einen Haltekörper bzw. Dorn, um das Muster zu verstärken und abzustützen, und wird daher nachfolgend als solcher bezeichnet. Die Innensechskantschrauben 41 werden dann in die Halteelemente eingedreht und festgezogen, die der Platte 30' des Dorns zugeordnet sind. Die Anordnung wird dann umgedreht, und die Platte 30' wird in ihrer Stellung durch Festziehen der Bolzen 31 befestigt. Die Innensechskantschrauben 41 werden dann in die Halteelemente 36 eingedreht und festgezogen, die dem oberen Dornabschnitt 12a und der zugehörigen Platte 30 zugeordnet sind.
Eine geeignete Form eines Schutzes wird dann aufgebracht, um die Platte 30 und die zugehörigen Bolzen und Innensechskantschrauben während eines anschließenden Vorgangs zum Herstellen einer Schalenform zu schützen.
Wenn gewünscht, kann der in diesem Schritt des Vorgangs verwendete Dorn getrennt von den inneren Teilen der zum Herstellen des Musters verwendeten Form ausgebildet sein, aber selbstverständlich mit der abdichtbaren entsprechenden Form, die die gleiche sein kann wie die der einzelnen inneren Formteile, oder auch modifiziert, wie gewünscht.
Die auf diese Weise vorbereitete Musteranordnung wird dann auf einer herkömmlichen Formherstellungsmaschine angebracht, und eine Anzahl von Beschichtungen aus einem geeigneten keramischen Material werden auf herkömmliche Weise aufgebracht.
Demgemäß wird eine primäre Schicht auf Zirkon und/oder Molochit, gebunden mit einer Kleselsäuresole, oder prä-hydrolisiertem Ethylsilicat, d. h. einer Suspension von Kieselerde in einer Flüssigkeit, aufgebracht, und ein Verputz aus Aluminiumoxid oder Zirlcon und/oder Aluminiumsilicat wird aufgebracht. Danach werden weitere Beschichtungen aufgebracht, typischerweise unter Verwendung lediglich von Aluminiumsilicat, und unter Verwendung von Zuschlagstoffen, die um so gröber sind, je größer die Anzahl der Beschichtungen ist. Typischerweise werden 12 bis 16 Schichten aufgebracht.
Während des Vorgangs zum Herstellen der Form wird ein geeignetes Verstärkungsmaterial aufgebracht, bspw. ein sich in Umfangsrichtung erstreckender, hoch zugfester Metalldraht, bspw. aus Nickel oder rostfreiem Stahl, und zwar bspw. durch spiralförmiges Umwickeln.
Wenn eine auf diese Weise hergestellte Schale 5 ausreichend getrocknet ist, damit sie starr ist, wird überschüssiges Schalenmaterial von den endseitigen Platten entfernt, und der Dorn wird aus dem Kautschukmuster herausgetrennt, indem der Zerlegungsvorgang ausgeführt wird, der vorstehend im Zusammenhang mit der Vorgehensweise zum Herstellen des Musters beschrieben worden ist. Wenn der Dorn herausgenommen worden ist, wird das Kautschukmuster aus der Schale S abgezogen bzw. herausgeschält.
Danach wird die Schale in herkömmlicher Weise gebrannt, bspw. bei etwa 1000ºC während etwa 2 Stunden, obwohl Temperatur und Zeit von der speziellen Größe, Dicke und Form der Schale abhängt.
Der Brennvorgang kann dadurch ausgeführt werden, daß die Schale in einen kalten Ofen gestellt wird und bei einer in vorbestimmter Weise ansteigenden Temperatur erhitzt wird, oder sie kann in einen heißen Ofen gestellt werden, in Abhängigkeit von Form und chemischer Zusammensetzung der Schale, wobei dies alles in herkömmlicher Weise erfolgt.
Nunmehr auf Fig. 5 bezugnehmend, wird die in dieser Weise gebrannte Schale 5 in einem Stahlbehälter 50 positioniert, der eine im wesentlichen zylindrische äußere Form und eine Innenwand 51 mit einer nach innen und nach unten konisch zulaufenden Form aufweist, die näherungsweise um 2 Inch größer ist als die maximale Größe der Schale. Der Zwischenraum zwischen der Schale 5 und der inneren zylindrischen Wand 51 des Behälters wird mit einem gebundenen körnigen Material gefüllt. Im vorliegenden Beispiel wird ein Material verwendet, das eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, bspw. Eisenkörnchen, um Wärme von dem Metallguß abzuziehen. Dies erfolgt im vorliegenden Beispiel deshalb, weil der betreffende Guß eine spezielle Kornstruktur erfordert, bei der eine relativ große Wärmeabzugsrate erforderlich ist. Selbstverständlich kann, wenn dies in einem anderen bestimmten Fall erwünscht ist, ein anderes Stützmaterial verwendet werden, wie z. B. gebundener Sand.
Das vorstehend beschriebene partikelförmige Material kann unter Verwendung einer Harzbindung gebunden werden, aber wenn es gewünscht ist, den Behälter und die Schale oberhalb der Temperatur, die von dem Harzhersteller empfohlen ist, vorzuheizen, kann ein alternatives Bindesystem verwendet werden. Beispielsweise kann eine Bindung unter Verwendung eines Natriumsilicat-Bindematerials ausgeführt werden, da dies bei hohen Temperaturen stabiler ist.
Bevor die Schale in dem Behälter eingesetzt wird, werden geeignete endseitige Platten 53, 54 angebracht.
Der Behälter ist auf einem rotierenden Drehtisch 55 abgestützt, der durch Rollen 56 stabilisiert werden kann und durch einen Motor 57 über ein Getriebe 58 und eine zentrale Antriebswelle 59 angetrieben ist, was alles auf herkömmliche Weise erfolgt. Der Behälter und die darin befindliche Schale werden auf eine geeignete Drehzahl in Drehung versetzt, um eine Fliehkraft von bspw. 30 bis 50 g zu erzeugen, wenn der Behälter um eine vertikale Achse dreht, wie in Fig. 4 erläutert ist, oder, wenn der Behälter um eine horizontale Achse gedreht wird, bis hin zu bspw. 140 g.
Das geschmolzene Metall wird durch eine Gießöffnung 60 in der oberen Platte 54 in die Schale gegossen. Im dargestellten Beispiel besteht die obere Platte 54 aus Stahl, und die untere Platte 53 besteht aus keramischem Material.
Das Metall wird durch einen Eingußkanal 61 eingegossen, der einen Tüllenabschnitt 62 aufweist, welcher sich im wesentlichen horizontal im rechten Winkel zu dem Hauptabschnitt 63 des Eingußkanals erstreckt, dessen oberes Ende mit einem Trichter 64 versehen ist, um in zweckmäßiger Weise aus einer Gießpfanne gießen zu können, die an einem darüber angebrachten Kran oder in einer sonstigen geeigneten Weise aufgehängt sein kann.
Der Eingießkanal 61 ist vorzugsweise im wesentlichen so positioniert, wie es dargestellt ist, so daß das Metall benachbart zu der rotierenden Wand der Schale geleitet werden kann. Allerdings könnte der Kanal an einer beliebigen anderen geeigneten Position in Längsrichtung der Schale angeordnet sein. Weiterhin könnte der Eingießkanal durch ein einfaches Rohr gebildet sein, um Metall im wesentlichen vertikal nach unten auf das untere Ende der Schale abzugeben, wobei allerdings bevorzugt ist, die ellenbogenartige Form des dargestellten Eingießrohrsystems zu verwenden, um Turbulenzen und Abkühlung des Metalls zu minimieren.
Wie dargestellt ist die endseitige Platte 54 durch eine Anzahl von konisch zulaufenden Keilen 65 an Ort und Stelle gehalten, die in geeignet geformte Öffnungen am oberen Ende der Wand 61 des Behälters greifen.
Der Gußkörper nimmt in natürlicher Weise eine konisch zulaufende innere Form an, wie dargestellt ist.
Nach Verfestigung wird die endseitige Platte 54 abgenommen, und die Anordnung wird umgedreht und aus dem Behälter 50 herausgeschlagen, wobei die konisch zulaufende Form der inneren Oberfläche der Wand 51 diesen Vorgang unterstützt.
Der resultierende metallische Formkörper M wird dann aus der Schale herausgenommen, im wesentlichen durch Zerbrechen der Schale, und anschließend wird eine Schicht von der inneren Oberfläche 66 des geformten Metallkörpers entlang der gestrichelten Linie, die mit 67 bezeichnet ist, spanabhebend abgenommen, wodurch der Teil des metallischen Formkörpers entfernt wird, der Unreinheiten enthält. Im vorliegenden Beispiel ist der metallische Formkörper M ein Gehäuse für eine Gasturbine und besteht aus martensitischem rostfreiem Stahl, wobei aber auch im Vakuum erzeugte Legierungen verwendet werden können, wobei der Zentrifugal-Gießvorgang dann in einer Vakuumkammer ausgeführt wird.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Musters bzw. Modells (P) aus einem flexiblen, elastisch verformbaren Material, mit den Schritten, das Material in einen Formhohlraum (C) einer eine erforderliche Gestalt aufweisenden Originalform (10) zu gießen, bei der der Formhohlraum zwischen inneren und äußeren Teilen (12, 11) festgelegt ist, und das innere Teil (12) aus dem äußeren Teil (12) herauszunehmen, nachdem sich das Modell (P) verfestigt hat, und anschließend das Modell (P) aus dem äußeren Teil durch elastisches Verformen des Modells herauszunehmen, wodurch das Modell aus der Originalform (10) herausgenommen wird, wobei das innere Teil (12) mit einer Anzahl von Halteelementen (36) versehen ist, die sich von der Oberfläche des irmeren Teils (12) aus in den Formhohlraum (C) erstrecken, so daß sie in dem Modell (P) eingebettet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum (C) eine im wesentlichen rohrförmige Konfiguration aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Teil zumindest zwei Abschnitte (12a, 12b) aufweist, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, die beiden Abschnitte voneinander zu trennen, um das innere Teil aus dem äußeren Teil herauszunehmen.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (36) lösbar auf dem inneren Teil (12) angebracht sind, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, die Halteelemente aus der an dem inneren Teil gehaltenen Beziehung zu lösen.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt umfaßt, Verschlußteile an gegenüberliegenden Enden des Formhohlraums (C) anzubringen, wobei zumindest eines der Verschlußteile relativ zu zumindest einem der inneren und äußeren Teile bewegbar ist.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell (P) ein großes elastisches Verformungsgedächtnis hat, so daß es nach einer elastischen Verformung von bis zu dem 10-fachen seiner ursprünglichen Größe seine Form bis auf ±0,01 mm wieder einnimmt.

7. V erfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell (P) aus Silikonkautschuk besteht.

8. Modell, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.

9. Verfahren zum Herstellen einer keramischen Hohlform bzw. Schale (S), mit den Schritten, ein Modell (P) aus einem flexiblen, elastisch verformbaren Material mit einer erforderlichen Gestalt bereitzustellen, das auf einem Dorn (12) abgestützt ist, zumindest eine Beschichtung aus aushärtbarem, hitzefestem Material auf das Modell (P) aufzubringen, um eine starre Schale (5) auszubilden, und den Dorn (12) von einer abstützenden Beziehung mit dem Modell (P) zu entfernen, und anschließend das Modell (P) von der Schale (5) durch elastisches Verformen des Modells abzunehmen, wobei der Dorn mit einer Anzahl von Halteelementen versehen ist, die sich von der äußeren Oberfläche des Dorns in das Modell erstrecken, so daß sie in dem Modell eingebettet sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt umfaßt, das hitzefeste Material zu erhitzen, um die Schale (S) auszuhärten.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine zusätzliche Beschichtung aus hitzefestem Material über die zuvor aufgebrachte Beschichtung aufgebracht wird, nachdem das Modell (P) von der Schale (S) abgenommen ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell (P) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell (P) eine im wesentlichen rohrförmige Konfiguration aufweist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (12) eine im wesentlichen rohrförmige Konfiguration aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (12) zumindest zwei Abschnitte (12a, 12b) aufweist und das Verfahren den Schritt umfaßt, die Abschnitte voneinander zu trennen, um den Dorn (12) aus der Schale (5) herauszunehmen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt umfaßt, ein Verschlußteil an einem Ende des Dorns (M) anzubringen, um zu verhindern, daß das Beschichtungsmaterial ins Innere des Dorns gelangen kann.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Modells eine Formoberfläche bildet, die zumindest eine Hinterschneidung aufweist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17; dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (36) lösbar auf dem Dorn (12) angebracht sind, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, die Halteelemente (36) an dem Dorn (12) zu befestigen, bevor der zumindest eine Beschichtungsschritt ausgeführt wird, und die Halteelemente (36) von dem Dorn (12) zu lösen, anschließend an die Ausbildung der Schale (S) und vor dem Herausnehmen des Modells (P) aus der Schalenform.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (36), die lösbar auf dem Dorn (12) angebracht sind, in dem Modell (P) eingebettet werden, bevor das Modell auf dem Dorn abgestützt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (36) durch die Halteelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gebildet sind, wobei die Halteelemente nach der Trennung des Modells aus der Originalform in dem Modell (P) eingebettet bleiben.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (12) durch das innere Teil (12) der Form nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gebildet wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (12) getrennt von dem inneren Teil (12) der Form nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bereitgestellt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (12) zumindest eine äußere Oberfläche mit der gleichen oder einer ähnlichen Konfiguration wie die innere Oberfläche des Modells (P) aufweist.

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell (P) auf dem Dorn (12) in der gleichen Position gehalten ist, die es einnahm, während es hergestellt wurde.

25. Keramische Schalenform, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 24.

26. Keramische Schalenform nach Anspruch 25, verwendet in einem Verfahren zum Herstellen eines Metallformteils, mit den Schritten, geschmolzenes Metall in die keramische Schalenform einzuleiten, wobei diese in einem Behälter angebracht ist, den Behälter und die darin befindliche Schalenform um eine Achse in Drehung zu versetzen, und Abkühlenlassen des Metalls, damit es in der Hohlform erhärtet, und danach abnehmen der Schalenform, um das Metallformteil freizulegen.

27. Keramische Schalenform nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter um eine vertikale Achse, eine horizontale Achse oder um eine zur vertikalen und zur horizontalen geneigte Achse gedreht wird.

28. Keramische Schalenform nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenform in dem Behälter angebracht wird, indem die Schalenform in dem Behälter angeordnet wird und partikelförmiges Material um die Schalenform herum eingebracht und verdichtet wird.

29. Keramische Schalenform nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelförmige Material durch Vibration verdichtet wird.

30. Keramische Schalenform nach Anspruch 28 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelförmige Material aus Eisen oder sonstigen eisenhaltigen Metallpartikeln besteht.