DE3100463A1

DE3100463A1 - Spritzgussverfahren und -vorrichtung fuer die herstellung eines rotors mit radialen fluegeln

Info

Publication number: DE3100463A1
Application number: DE19813100463
Authority: DE
Inventors: Mori Yokosuka Masanobu; Suzuki Syunsuke; Maruyama Takasumi; Miyata Yokohama Takeshi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-01-10
Filing date: 1981-01-09
Publication date: 1982-01-07
Also published as: JPS5699063A; JPS5812102B2; FR2473370B1; FR2473370A1; DE3100463C2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Spritzgußverfahren sowie auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines metallenen Rotors, welcher eine mittlere Welle und eine Anzahl von über einen begrenzten Bereich der Welle radial von deren Umfang abstehenden Flügeln aufweist.

Es gibt die verschiedensten mit Flügeln bestückten Rotoren zum Fördern von Strömungsmitteln, darunter zahlreiche Ausführungen, bei denen radiale Flügel einstückig mit einer Welle geformt sind. Die Flügel derartiger Rotoren haben gewöhnlich eine ziemlich verviickelte Form mit einem sehr dünnen Profil und müssen innerhalb sehr enger Maßtoleranzen geformt sein. Zum Gießen eines solchen Rotors aus Metall, gewöhnlich einer Legierung, wird deshalb zumeist ein sehr aufwendiges Präzisions-Gußverfahren angewendet, z.B. das Wachs-Ausschmelzverfahren oder ein Gipsformverfahren. Diese herkömmlichen Präzisions-Gußverfahren sind jedoch sehr zeit- und kostenaufwendig.

Im Hinblick auf eine Verringerung der Fertigungskosten wurde bereits versucht, einen Rotor der genannten Art unter Verwendung einer geteilten Form im Spritzgußverfahren herzustellen. Eine solche Form ist radial in eine Anzahl von Segmenten unterteilt, welche eine derjenigen der Rotorflügel entsprechende Form aufweisen und zur Bildung eines Formhohlraums einwärts bzw. zum Entnehmen des fertigen Gußteils radial auswärts bewegbar sind. Dieses Verfahren weist in der Praxis jedoch den Nachteil auf, daß sich die äußerst genau geformten Formsegmente sehr schnell ahnutzen, insbesondere wenn der herzustellende Rotor nur über ein begrenztes Stück seiner Mittelwelle mit Flügeln bestückt ist und ein

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durch eine Verlängerung der Welle gebildetes, nicht mit Flügeln bestücktes Endstück oder Nabenteil größeren Durchmessers aufweist. Bei der Verwendung einer solchen Spritzgußform für die Fertigung eines Rotors erstarrt die eingespritzte Metallschmelze in dem das Flügelteil des Rotors mit den relativ dünnen Flügeln darstellenden Teil des Formhohlraums ziemlich schnell, während sie in dem des voluminösere Nabenteil des Rotors darstellenden Teil des Formhohlraums langsamer erstarrt. Die Segmente der Form müssen bis zur Erstarrung der gesamten in den Formhohlraum eingespritzten Metallschmelze fest zusammengehalten werden, während gleichzeitig die Metallschmelze im Formhohlraum unter Druck gehalten werden muß. Aufgrund des Wärmeaustauschs mit dem flüssigen und später erstarrten Metall tritt an den Flügelbereichen der Formsegmente ein starker Verschleiß auf, welcher die Standzeit der Form insgesamt verkürzt. Wegen der unterschiedlichen Abkühlung und Erstarrung des Metalls in den eine unterschiedliche Dicke aufweisenden Bereichen des herzustellenden Rotors kommt es darüber hinaus häufig zu einer Rißbildung an den Flügeln des gegossenen Rotors.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Spritzgußverfahrens für die Herstellung eines ein Flügelteil mit einer mittigen Welle und einer Anzahl von radial davon abstehenden Flügeln sowie ein durch ein axial verlängertes Endstück der Welle gebildetes, nicht mit Flügeln bestücktes Nabenteil aufweisenden Rotors, bei welchem der durch die Hitze der Metallschmelze verursachte Verschleiß des Flügelbereichs, d.h. also des wichtigsten Bereichs einer für den Guß verwendeten Metallform erheblich verringert ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Spritzgußverfahrens für die Herstellung eines Rotors

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der genannten Art, bei dessen Anwendung die Gefahr der Eißbildung in den Rotorflügein erheblich vermindert ist.

Noch ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer "Vorrichtung zum Ausführen eines Spritzgußverfahrens der vorstehend genannten Art.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird zunächst eine in bezug auf eine Mittelachse radial in eine Anzahl von radial ein- und auswärts bewegbaren Formsegmenten unterteilte, metallene Form in eine Spritzgußvorrichtung eingesetzt. Die einzelnen Formsegraente sind jeweils in ein dem Flügelteil eines Rotors der genannten Art entsprechend geformtes erstes Teil und ein dem Nabenteil des Rotors entsprechend geformtes zweites Teil unterteilt. Die beiden Teile jedes Segments befinden sich in einer zur Mittelachse lotrechten Ebene in gegenseitiger Gleitberührung und sind in der auf die Mittelachse bezogenen Radialrichtung in begrenztem Maße relativ zueinander verschieblich. Zur Bildung eines der Form des herzustellenden Rotors entsprechenden Formhohlraums werden die Segmente einwärts in eine radial innere Endstellung bewegt, worauf dann ein flüssiges Metall in den Forrahohlraum eingespritzt wird, in welchem es zu erstarren beginnt. Unmittelbar nach dem Erstarren des Metalls in dem das Flügelteil des Rotors darstellenden Teil des Hohlraums werden die ersten Teile der Segmente radial auswärts bewegt, während die zweiten Teile derselben zunächst in der radial inneren Endstellung verbleiben und erst dann radial auswärts bewegt werden, wenn das Metall in dem das ITabenteil des Rotors darstellenden Teil des Formhohlraums erstarrt ist.

Wie man aus Vorstehendem erkennt, besteht ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin, daß die radialen Seg-

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tnente der Metallform in einer zur Mittelachse lotrechten Ebene in ein erstes Flügelteil und ein radial verschieblich in Anlage daran befindliches zweites Nabenteil unterteilt sind, und daß die ersten oder Flügelteile der Segmente unmittelbar nach dem Erstarren des eingespritzten, flüssigen Metalls in dem das Flügelteil des Rotors darstellenden Teil des Formhohlraums radial auswärts bewegt und dadurch schnell von dem erstarrten Metall gelöst werden.

Die das Flügelteil des herzustellenden Rotors formenden Teile der geteilten Spritzgußform sind daher der Hitze und dem hohen Druck der Metallschmelze im Formhohlraum über eine erheblich verkürzte Zeitspanne ausgesetzt, wodurch sich der Verschleiß dieses wichtigsten und empfxndlxchsten Bereichs der Form wesentlich verringert. Daraus ergibt sich in vielen Fällen wenigstens eine Verdoppelung der Standzeit des die Flügel formenden Bereichs der geteilten Form gegenüber derjenigen einer entsprechenden Form herkömmlicher Ausführung.

Ein woiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in einer Verringerung des Anteils an fehlerhaften Gußstücken, insbesondere von Gußstücken mit Rißbildung im Bereich der Flügel.

Eine Spritzgußvorrichtung hat in einer Ausführungsform der Erfindung eine geteilte Form für die Bildung eines der Form eines herzustellenden, mit Flügeln bestückten Rotors entsprechenden Formhohlraums, eine Einrichtung zum Bewegen der Form in Richtung einer Mittelachse des Formhohlraums und eine Einrichtung zum Einspritzen einer Metallschmelze in den Formhohlraum durch eine an einem axialen Ende desselben angeordnete Öffnung und zum Unterdruckhalten der eingespritzten Metallschmelze im Formhohlraum. Die geteilte Form ist in bezug auf die genannte

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Hittelachse radial in eine Anzahl von Segmenten unterteilt, welche in begrenztem Maße radial ein- und auswärts bewegbar sind und in ihrer radial inneren Endstellung den JOrmhohlraum umgrenzen. Jedes Segment ist in einer zur Mittelachse lotrechten Ebene in ein dem Flügelteil des herzustellenden Rotors entsprechendes erstes Teil und ein in der genannten Ebene in Gleitberührung damit befindliches, dem Nabenteil des Rotors entsprechend geformtes zweites Teil unterteilt. Zu der erfinaungsgemäßen Vorrichtung gehört ferner eine Schließeinrichtung, mittels welcher die ersten und zweiten Teile der Segmente zur Bildung des Eorrahohlraums einviärts in die radial innere Endstellung und aus dieser zunächst nur die ersten Teile der Segmente und anschließend auch die zweiten Teile derselben radial auswärts bewegbar sind.

In einer bevorzugten Ausführungsforra einer solchen Schließeinrichtung weist eines der beiden Teile jedes Segments an der gegenseitigen Berührungsfläche eine Hut und das jeweils andere Teil einen über die Berührungsfläche hervorstehenden, in Radialrichtung eine kürzere Länge als die Nut aufweisenden Vorsprung auf, wobei jeweils nur das erste Teil jedes Segments starr mit der Kolbenstange eines hydraulischen Zylinders verbunden ist.

In einer anderen Ausführungsform ist jeweils das erste Teil jedes Segments über eine Koppelstange starr und das jeweilige zweite Teil verschieblich mit einem Kupplungsteil verbunden, welches seinerseits fest mit der Kolbenstange eines hydraulischen Zylinders verbunden ist.

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Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht eines unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung herstellbaren, mit Flügeln bestückten Rotors,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Vorderansicht einer Spritzgußvorrichtung mit einer geteilten Form für die Herstellung des Rotors nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4- einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 zur Darstellung von Einzelheiten der geteilten Form,

Fig. 5-A. eine Schnittansicht der geteilten Form nach Fig. 4 in teilweise geöffnetem Zustand,

Fig. 5B eine Schnittansicht der Form in einem weiter geöffneten Zustand,

Fig. 6A eine Schnittansicht von Teilen der Form in einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6B eine Schnittansicht der in Fig. 6A dargestellten Formteile in teilweise geöffnetem Zustand der Form.

Fig. 1 zeigt einen für einen Turbolader eines Fahrzeugmotors verwendbaren Rotor als Beispiel für eine Reihe von unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbaren Rotoren. Bei dem Rotor handelt es sich um ein einstückiges Gußteil mit einer kreisförmigen Quer-

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schnitt aufweisenden mittigen Welle 10, von deren Umfang mehrere räumlich gekrümmte, dünne Flügel 12 in gleichen Umfangsabständen im wesentlichen radial abstehen. In dem in Pig. 1 dargestellten Rohzustand des Rotors sitzt am unteren Ende der Welle 10 ein verdickter Anguß 14 aus im Endstück eines EinspritzZylinders erstarrtem Metall. Bei der Fertigbearbeitung des Rotors wird der Anguß 14 entlang einer Linie 15 von der Welle 10 abgeschnitten.

Nach dem Abschneiden des Angusses 14 verbleibt an der Welle 10 ein nicht mit Flügeln bestücktes, einen relativ großen Durchmesser aufweisendes, zylindrisches Endstück oder ifebenteil 16. Das obere Teil der Welle 10 bildet zusammen mit den daran sitzenden Flügeln 12 ein Flügelteil 18 des Rotors.

Fig. 2 zeigt die wesentlichen Teile einer Spritzgußvorrichtung mit einer Spritzgußform 40 für die Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Rotors. Die Vorrichtung hat ein Gestell mit einem Sockel 20, senkrechten Stützen 22 und oberen Querträgern 24. Eine · Tragplatte 28 ist mittels eines Kniehebelgestänges 26 waagerecht an den Stützen 22 und den Querträgern 24 aufgehängt und mittels der Kolbenstange 30a eines auf den Querträgern 24 angeordneten hydraulischen Zylinders 30 entlang an den senkrechten Stützen 22 befestigten Führungsschienen 32 senkrecht; auf und ab bewegbar.

In eine das Oberteil des Sockels 20 durchsetzende öffnung ist eine einen Einspritzzylinder darstellende Buchse 34· senkrecht eingesetzt. Ein mittels eines Tragrahmens 38 im Sockel 20 aufgehängter hydraulischer Zylinder 36 trägt am oberen Ende seiner Kolbenstange 36a einen von unten her in die Zylinderbuchse 3^ hinein-

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ragenden Kolben 42, welcher dazu dient, eine in die Buchse 34- eingebrachte Metallschmelze in die Form 40 einzuspritzen.

Wie man insbesondere in Fig. 3 und 4 erkennt, hat die geteilte Form 40 einen Rahmen mit einer an der Unterseite der Tragplatte 28 befestigten oberen Tragscheibe 46, einer koaxial und abwärts hervorstehend an dieser befestigten, etwa ringförmigen Unfangswand 48 und einer konzentrisch am unteren Ende der Umfangswand befestigten, ringförmigen unteren Tragscheibe 50.

In die obere Tragscheibe 46 ist eine obere Führungsplatte 52 konzentrisch eingesetzt. Die Tragscheibe 46 und die Führungsplatte 52 sind von einer zylindrischen Mittelbohrung durchsetzt. Die Tragplatte 28 ist von einer Mittelbohrung durchsetzt, welche mit der Mittelbohrung der Tragscheibe 46 und der Führungsplatte 52 fluchtet und einen etwas größeren Durchmesser hat als diese. Ein an der Oberseite der Tragplatte 28 befestigter hydraulischer Zylinder 58 trägt am unteren Ende seiner Kolbenstange einen in den Bohrungen der- Tragplatte 28, der Tragscheibe 46 und der Führungsplatte geführten Ausstoßbolzen 60, dessen unteres Ende ein Teil der Form darstellt. Die Achse P des Bolzens 60 fluchtet mit der Längsachse der Zylinderbuchse 3^·

Zwischen der unteren Tragscheibe 50 und der Führungsplatte 52 sind mehrere untereinander gleiche Formsegmente 54- in Bezug auf die Achse P radial verschieblich geführt. Die Segmente 54 sind so geformt, daß die einzelnen Flügel 12 des Rotors durch eine in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Segmenten eingedrungene und darin erstarrte Metallschmelze geformt werden, so daß also die Anzahl der Segmente 5^ derje-

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nigeh der Flügel 12 des herzustellenden Rotors entspricht. Im dargestellten Beispiel sind neun Flügel 12 und somit auch neun Segmente 5^ vorgesehen. Jedem Segment 54 ist ein waagerecht an der Außenseite der Umfangswand 48 befestigter hydraulischer Zylinder 56 zugeordnet, dessen Kolbenstange 56a an der radial äußeren Seite des jeweiligen Segments 5^ angreift. Die Segmente 54 sind mittels der Zylinder 56 gleichzeitig in einem begrenzten Maße radial ein- und auswärts bewegbar. In der in Fig. 2 bis 4 gezeigten radial inneren Endstellung bilden die Segraente 54 zusammen einen Formhohlraum 62 von einer derjenigen des herzustellenden Rotors entsprechenden Form.

Wie man insbesondere in Fig. 4 erkennt, ist jedes Segment 54 waagerecht in ein dem Flügelteil 18 des Rotors entsprechend geformtes erstes Teil 5^a und ein dem Nabenteil 16 des Rotors entsprechend geformtes unteres oder zweites Teil 5^-b unterteilt. Das obere oder erste Teil 54a befindet sich mit seiner Unterseite in Gleitberührung mit der Oberseite des zweiten Teils 54b und ist fest mit der Kolbenstange 56a verbunden. An seiner Unterseite hat das erste Teil 5^-a eine Nut 66, in welcher ein an der Oberseite des zweiten Teils 5^-b geformter Vorsprung 68 geführt ist. Die Höhe des Vorsprungs 68 entspricht der Tiefe der Nut 66, seine Länge in auf die Mittelachse P bezogener Radialrichtung ist jedoch kleiner als die der Nut. Durch den Eingriff des Vorsprungs 68 mit der Nut 66 sind die beiden Teile 54a und 54b somit derart miteinander verbunden, daß sie bei den Ein- und Auswärtsbewegungen des Segments 5^ relativ zueinander um ein Stück verschieblich sind. Das Maß dieser Relativbewegung ist durch die Differenz der radialen Längen des Vorsprungs 68 und der Nut 66 gegeben. Für eine derartige Verbindung zwischen den beiden Teilen kann auch eine Nut in der Oberseite des zweiten Teils 54b und ein

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entsprechender Vorsprung an der Unterseite des ersten Teils 54-a geformt sein.

Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird das erfindungsgemäße Spritzgußverfahren in folgender Weise ausgeführt:

Zunächst v/erden die hydraulischen Zylinder 56 betätigt, um die Segmente in die radial innere Endstellung zu bewegen und in dieser festzuhalten. Dabei bewegt sich das zweite Teil 5^-b der einzelnen Segmente 5^· zunächst nicht gemeinsam mit dem jeweiligen ersten Teil 5^-a? sondern wird erst nach einer gewissen Einvrärtsbewegung von diesem mitgenommen. Anschließend wird der hydraulische Zylinder 58 betätigt, um den Ausstoßbolzen 60 in die in Fig. 4- gezeigte Stellung zu bringen, in welcher er einen Teil des Formhohlraums 62 begrenzt.

Darauf wird die Einspritz-Zylinderbuchse 34- mit der notwendigen Menge einer Metallschmelze 64- beschickt, unmittelbar gefolgt von der Betätigung des hydraulischen Zylinders 30 zum Absenken der Tragplatte 28 in eine Stellung, in welcher die einwärts zusammengeschobenen Segmente 5^ mit ihrer Unterseite auf dem oberen Rand der Zylinderbuchse 34· aufsetzen. Der Zylinder 30 wird weiterhin unter Druck gehalten, um die geschlossene Form mit einer ausreichenden Kraft auf der Zylinderbuchse 3^- festzuhalten. Ohne unnötige Verzögerung wird nun der hydraulische Zylinder 36 betätigt, um den Kolben 4-2 aufwärts zu bewegen und dadurch das geschmolzene Metall 64 in den Formhohlraum 62 zu pressen. Die Menge der in die Zylinderbuchse 34- eingebrachten Metallschmelze 64-sowie der Hub des Kolbens 4-2 sind so bemessen, daß sich die Oberseite des Kolbens 4-2 nach vollständigem Ausfüllen des Formhohlraums 62 mit der Schmelze ein kleines Stück unterhalb des oberen Endes der Zylinderbuchse 3^-

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befindet. Nach Beendigung der Aufwärtsbewegung des Kolbens 42 wird der hydraulische Zylinder 36 weiterhin im Betätigungszustand gehalten, um die in den Formhohlraum 62 eingespritzte Metallschmelze bis zu ihrer Erstarrung unter Einspritzdruck zu halten, so daß das Gußteil ein möglichst dichtes Gefüge erhält.

In dem durch die ersten Teile 54-a der Segmente 54 gebildeten, das Flügelteil 18 des herzustellenden Rotors darstellenden Teil des Formhohlraums 62 erstarrt die Metallschmelze wegen der dort vorhandenen, relativ dünnen. Profile in relativ kurzer Zeit. Nach ausreichender Erstarrung des Metalls in diesem Bereich werden die neun hydraulischen Zylinder 56 in Gegenrichtung betätigt, um die Kolbenstangen 56a einzuziehen und damit die ersten Teile 54a der Segmente 54 auswärts zu bewegen, wie in Fig. 5A dargestellt. Wegen des zwischen den in Radialrichtung inneren Enden der Nuten 66 und der damit in Eingriff befindlichen Vorsprünge 68 vorhandenen Abstands bewirkt die Auswärtsbewegung der ersten Teile 54a zunächst keine entsprechende Auswärtsbewegung der zweiten Teile 54b, so daß sich also die ersten Teile 54a von dem erstarrten Metall lösen, während die zweiten Teile 54b in der radial inneren Endstellung verharren.

Nach dem Erstarren der Metallschmelze in dem das Nabenteil 16 des Rotors darstellenden unteren Teil des Formhohlraums 62 werden die Kolbenstangen 56a weiter eingezogen, um auch die zweiten Teile 54b der Formsegmente 5^· auswärts zu bewegen, wie in Fig. 5B dargestellt. Sofern der Unterschied der radialen Länge zwischen der Nut 66 und dem Vorsprung 68 groß genug ist, kann eine in ausreichendem Maße verzögerte Auswärtsbewegung der zweiten Teile 54b der Segmente 54 auch dadurch

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erreicht werden, daß die ersten Teile 5^-a mit einer angemessenen Geschwindigkeit kontinuierlich auswärts bewegt werden. Im anderen Falle kann die Einziehbewegung der Zylinder 56 etwa mittels in den hydraulischen Druckleitungen angeordneter Magnetventile kurzzeitig unterbrochen werden, um so eine verzögerte Auswärtsbewegung der zweiten Teile 5^-b der Segmente herbeizuführen.

Kurz vor der Auswärtsbewegung der zweiten Teile 5^-b der Segmente 54· werden die hydraulischen Zylinder 30 und betätigt, um die Tragplatte 28 zu heben und den Kolben abwärts zu bewegen. Am Ende der Auswärtsbewegung der Segmente 54- wird dann der Ausstoßbolzen 60 abwärts bewegt, um das Gußteil aus der geöffneten Form auszustoßen. Zur Fertigstellung des Rotors werden der Anguß 14 wie vorstehend erwähnt abgeschnitten und eventuell vorhandene Grate entfernt.

Durch das in zwei Schritten erfolgende Zurückziehen der Segmente 54- ergibt sich keine Verlängerung der für ein Arbeitsspiel des Spritzgußverfahrens benötigten Gesaratzeit. Bei der Herstellung eines Rotors der in Fig. Λ dargestellten Art, dessen Nabenteil 16 einen Durchmesser von beispielsweise 24 mm hat und dessen Flügel an der Wurzel eine Stärke von 2,5 und an den Spitzen eine Stärke von 0,7 i™ haben, können die ersten Teile 5^-a der Segmente 54 etwa 2 bis 5 see nach dem Einspritzen der Metallschmelze, vorzugsweise einer hitzebeständigen Nickllegierung, und die zweiten Teile 5^-b etwa 10 bis 15 see nach dem Einspritzen der Schmelze zurückgezogen werden. Bei Verwendung von nicht unterteilten, also einstückigen Segmenten 5^· könnten diese erst etwa 10 bis 15 see nach dem Einspritzen der Schmelze zurückgezogen v/erden.

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Das frühzeitige Zurückziehen der ersten Teile 54-a der Segmente 5^ bedeutet, daß sie schnell von dem sehr heißen Metall getrennt und von dem sehr hohen Druck entlastet werden. Daraus ergibt sich ein erheblich verringerter Verschleiß der eine sehr verwickelte Form von hoher Maßgenauigkeit aufweisenden ersten Teile 5^-a und damit eine beträchtlich verlängerte Standzeit der Form insgesamt. Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist darin zu erblicken, daß innerhalb des gegossenen Flügelteils 18 des Rotors nur äußerst geringe Spannungen auftreten, was sich in einer erheblichen Verringerung des Anteils an fehlerhaften Gußteilen mit Rißbildung im Flügelteil 18 auswirkt. Diese Vorteile des Verfahrens sind durch nachstehend angeführte Versuchsergebnisse verdeutlicht.

Unter Verwendung der in Fig. 2 bis 5 dargestellten Vorrichtung wurde eine Serie von Rotoren der in Fig. 1 dargestellten Art mit den vorstehend angegebenen Abmessungen aus einer hitzebeständigen Nickellegierung hergestellt. Dabei wurden außer den in die beiden Teile 54-a und 5^b unterteilten Segmenten ^A- zu ■Vergleichszwecken auch herkömmliche, d.h. einstückige Formsegmente verwendet. Für die verschiedenen Versuche wurden Formsegmente beider Arten aus drei verschiedenen Werkstoffen hergestellt. Ermittelt wurden in den Versuchen die Standzeit der verschiedenen Formen, d.h. die Anzahl der mit einer Form herstellbaren Gußteile, sowie der Anteil der fehlerhaften Gußteile mit Rißbildung.

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Material Standzeit Rißbildung der Formen (Anzahl Gußteile) (% bei 200 Stück)	120*	26O⁺	2,5*	O,5⁺
Werkzeug schnellstahl	270*	60O⁺	3,0*	O,5⁺
Hitzebest. Ni-Legierung	1500*	300O⁺	3,5*	1,O⁺
Hitzebest* W-Legierung

* = herkömmliche Ausführung der Segmente ⁺ = erfindungsgemäße Ausführungsform

Fig. 6A und 6B zeigen eine andere Ausführung einer Anordnung zum frühzeitigen Zurückziehen des ersten Teils der einzelnen Formsegmente 5^.

Das erste Teil 54-a des Segments 5^ ist hier verschieblich auf dem zweiten Teil 5^-b angeordnet, ohne daß eine Nut oder ein Vorsprung an der Unter- bzw. Oberseite der beiden Teile vorhanden ist. Die Kolbenstange 56a des hydraulischen Zylinders 56 ist nicht direkt am ersten Teil 54-a oder einem sonstigen Teil des Segments 5^ angeschlossen, sondern trägt ein Kupplungsteil 70, an welchem eine parallel zur Kolbenstange 56a verlaufende und am ersten Teil 5^-a des Segments 5^ angeschlossene Koppelstange 72 mittels eines Stifts 74 od. dergl. befestigt ist. Das andere Ende der Koppelstange 72 ist starr an der radial äußeren Seite des ersten Teils 5^a befestigt, so daß zwischen diesem und dem Kupplungsteil 70 ein unveränderlicher Eadialabstand vorhanden ist. Das Kupplungsteil 70 hat eine parallel zur Kolbenstange 56a verlaufende, längliche Bohrung 71

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und einen zu dieser parallelen und in ihr ausmündenden seitlichen Längsschlitz 73- Eine mit einem Ende an der radial äußeren Seite des zweiten Teils 54-b des Segments 54- befestigte, parallel zur Koppelstange 72 verlaufende zweite Koppelstange 76 ist mit ihrem anderen Ende verschieblich in der Bohrung 71 des Kupplungsteils 70 geführt und trägt an diesem Ende einen quer dazu eingesetzten Anschlagstift 78, welcher im Längsschlitz geführt ist.

Die Länge des Schlitzes 73 und der Abstand zwischen dem Anschlagstift 78 und dem zweiten Teil 54-b des Formsegments 54- sind so bemessen, daß der Anschlagstift bei der Einwärtsbewegung des Kupplungsteils 70 am radial äußeren Ende des Schlitzes 73 in Anlage kommt, bevor des erste Teil 54-a des Segments 54- seine radial innere Endstellung erreicht, so daß das zweite Teil 54-b ebenfalls einwärts in die radial innere Endstellung bewegt wird. Das Einziehen der Kolbenstange 56a bewirkt über das Kupplungsteil 70 zunächst eine entsprechende Auswärtsbewegung nur des ersten Teils 54-a des Segments, während das zweite Teil 54-b in der radial inneren Endstellung verharrt, bis der Anschlagstift 78 in Anlage am radial inneren Ende des Schlitzes 73 kommt, wie in Fig. 6B dargestellt.

Mit der in Fig. 6A und 6B dargestellten Anordnung der beiden Teile 54-a und 54-b und ihrer gegenseitigen bewegungsübertragenden Verbindung ist somit das vorstehend anhand von Fig. 2 bis 5 erläuterte Spritzgußverfahren in gleicher Weise durchführbar. Die frühzeitige Auswärtsbewegung der ersten Teile 54-a der Formsegmente 54-kann im Rahmen der Erfindung auch auf andere Weise bewirkbar sein, beispielsweise durch die Verwendung einer Gestänge- oder Gelenkverbindung zwischen den beiden Teilen.

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Ferner kann für das erste und das zweite Teil 5^a bzw. 5^b jedes Segments 5^ jeweils ein eigener hydraulischer Zylinder vorgesehen sein, wobei die jeweiligen beiden Zylinder unabhängig voneinander betätigbar sein können, um die beiden Teile des Segments einzeln zu bewegen. Die beiden dargestellten Ausführungsformen zeichnen sich jedoch durch einen besonders einfachen Aufbau aus.

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Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE

NISSAN MOTOR CO., LTD.

No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku

Yokohama City, Japan

A. GRÜNECKER

DlPL ING

H. KINKELDEY

DR ING

W. STOCKMAIR

OR ING A»£ ICALTECH

K. SCHUMANN

or «ca iw cxpl pkys

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

OR BER N« DPL-OCM

8 MÜNCHEN 22

MAXIMIUANSTRASSE A3

P 15 866 9. Januar 1981~

Spritzgußverfahren und -vorrichtung für
die Herstellung eines Rotors mit radialen Flügeln

P_a_t_e_n._t_a_n_s_£_r_ü_c_h_e

h.\ Spritzgußverfahren für die Herstellung eines

edtn Flügelteil mit einer mittigen Welle und einer
Anzahl von radial davon abstehenden Flügeln sowie
ein durch ein axial verlängertes Endstück der Welle

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TELEFON (Oae) 993BS1 TELEX OB-a03SO TElEGUAMM= MONAPAT TELEKOPlEFtER

gebildetes, nicht mit Flügeln bestücktes Nabenteil aufweisenden Rotors, dadurch gekennz e ichnet, daß man eine in bezug auf eine Mittelachse radial in eine Anzahl von in begrenztem Maße radial einwärts und auswärts beweglichen Segmenten, welche jeweils ein dem Flügelteil des Rotors entsprechend geformtes erstes Teil und ein in einer zur Mittelachse lotrechten Ebene relativ zu diesem verschiebliches, dem Nabenteil des Rotors entsprechend geformtes zweites Teil aufweisen, unterteilte Metallform in eine Spritzgußmaschine einsetzt, daß man durch Einwärtsbewegen der Segmente in ihre radial innere Endstellung einen der Form des Rotors entsprechenden Formhohlraum in der Metallform formt, daß man ein flüssiges Metall unter Druck in den Formhohlraum einspritzt, in welcher es sich abzukühlen beginnt, daß man die ersten Teile der Segmente unmittelbar nach der Erstarrung des flüssigen Metalls in dem das Flügelteil des Rotors darstellenden Teil des Formhohlraums in Radialrichtung auswärts bewegt, während die zweiten Teile der Segmente in der radial inneren Endstellung bleiben, und daß man die zweiten Teile der Segmente nach dem Erstarren des flüssigen Metalls in dem das Nabenteil des Rotors darstellenden Teil des Formhohlraums in Radialrichtung auswärts bewegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Teile der Segmente bis zum Beginn der radialen Auswärtsbewegung der zweiten Teile derselben kontinuierlich radial auswärts bewegt werden.
3- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Ausvrärtsbewegung der ersten Teile der Segmente für eine vorbestimmte Zeitspanne unterbrochen wird, bevor die radiale Ausvrärtsbewegung der zweiten Teile beginnt.

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4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall durch eine an einem axialen Ende des Formhohlraums angeordnete Öffnung entlang der Mittelachse des Formhohlraums in diesen eingespritzt wird.
5- Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Formsegmente gleich derjenigen der Flügel des Rotors ist.
6. Spritzgußvorrichtung für die Herstellung eines ein Flügelteil mit einer mittigen Welle und einer Anzahl von radial davon abstehenden Flügeln sowie ein durch ein axial verlängertes Endstück der Welle gebildetes, nicht mit Flügeln bestücktes Nabenteil aufweisenden Rotors, gekennzeichnet durch eine einen Formhohlraum (62) von einer der des herzustellenden Rotors entsprechenden Form begrenzende Metallform (4-0), welche in bezug auf eine gemeinsame Mittelachse (P) ihrer selbst und des Formhohlraums radial in eine Anzahl von in begrenztem Maße radial ein- uns auswärts beweglichen, in ihrer radial inneren Endstellung den Fortnhohlraum begrenzenden Formsegmenten (5^0 unterteilt ist, deren jedes i_n einer zur Mittelachse lotrechten Ebene in ein dem Flügelteil des Rotors entsprechend geformtes erstes Teil (5^-a) und ein in der genannten Ebene relativ zu diesem verschieblich.es, dem Nabenteil des Rotors entsprechend geformtes zweites Teil (5^b) unterteilt ist, durch eine Schließeinrichtung (56, 66, 68; 56, 70, 72, 76), mittels welcher die ersten und zweiten Teile der Segmente radial einwärts in die innere Endstellung und aus dieser heraus zunächst die ersten Teile der Segmente und anschließend die zweiten Teile derselben radial auswärts bewegbar sind, durch Einrichtungen (30, 26, 32) zum Bewegen der Metallform entlang der Mittel-

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achse und durch Einrichtungen (3^H 36, 4-2) zum Einspritzen eines geschmolzenen Metalls in den Formhohlraum durch eine an einem Ende derselben angeordnete öffnung hindurch und zum Unterdruckhalten des in den Formhohlraum eingespritzten flüssigen Metalls bis zu dessen Erstarrung.
7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eines der beiden Teile (5^a? 5^b) jedes Formsegments (5*0 an der in Gleitberührung mit dem jeweils anderen Teil befindlichen Fläche eine Nut (66) aufweist, daß das jexireils andere Teil an der Berührungsfläche einen in die Mut hineinragenden Vorsprung (68) hat, welcher in der auf die Mittelachse (P) bezogenen Radialrichtung kurzer ist als die zugeordnete Nut, und daß am jeweiligen ersten Teil eine in bezug auf die Mittelachse radial hin und her bewegliche Kolbenstange (56a) angreift.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß radial außerhalb jedes Formsegments (5^) ein Kupplungsteil (70) angeordnet ist, daß jeweils eine erste Koppelstange (72) mit einem Ende am ersten Teil (5^-a) des jeweiligen Segments und mit dem anderen am Kupplungsteil befestigt ist, daß eine zweite Koppelstange (76) mit einem Ende am zweiten Teil (54b) des jeweiligen Segments befestigt und mit dem anderen Ende in Eadialrichtung verschieblich mit dem Kupplungsteil \^rerbunden ist, und daß am Kupplungsteil ein Ende einer in bezug auf die Mittelachse (P) radial hin und her beweglichen Kolbenstange (56a) angeschlossen ist.
9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsteil (70) eine längliche Bohrung (71) für die verschiebliche Aufnahme eines Endstücks der zweiten Koppelstange (76) sowie einen zu

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der Bohrung parallelen, in dieser ausmündenden Längsschlitz (73) aufweist, und daß am Endstück der zweiten Koppelstange ein quer davon abstehender, in dem Längsschlitz geführter Anschlagstift (78) befestigt ist.
10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche his 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Formsegmente (5*0 gleich derjenigen der Flügel (12) des herzustellenden Rotors ist.

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