DE4428161C1 - Sandform zum Abgießen eines Turbinenlaufrades - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sandform zum Abgießen eines mehrere Schaufeln aufweisenden Turbinenlaufrades, wobei die einzelnen Schaufeln eine sowohl radiale als auch axiale Krümmung mit entsprechend unterschnittenen Schaufelflächen aufweisen, mit einem Unterkasten und einem Oberkasten, wobei die die Schaufeln des Turbinenlaufrades als Gußerzeugnis vorgebenden Hohlräume in der Sandform durch Einlegen von die Schaufelflächen teilweise ausbildenden Sandkernen in den Unterkasten abgeformt sind.

Bei der Herstellung von Turbinenlaufrädern mit sowohl radial als auch axial gekrümmten Schaufeln ergibt sich das Problem, daß die unterschnittenen Schaufelflächen nur mit Hilfe von Kernen, vorzugsweise Sandkernen, abzuformen sind. Dabei ist es durch Benutzung bekannt, die Sandform, insbesondere den die Schaufeln abformenden Teil der in der Regel zweiteiligen Form dadurch herzustellen, daß die Sandform in einzelne Kernsegmente mit im Mittelpunkt der Sandform zusammenlaufenden radialen Kernflächen aufgeteilt wird, wobei die entsprechenden Kernsegmente einzeln hergestellt und zur Bildung der Sandform auf einer Grundplatte zusammengefügt werden. Hiermit ist der Nachteil verbunden, daß die radialen Kernsegmente nicht nur die zunächst radial gekrümmten Schaufeln als solche schneiden, wobei bei sich überlappenden Schaufeln ein Kernsegment auch mehrere Schaufeln schneiden kann, sondern daß die radialen Kernsegmente auch bei axial gekrümmten Schaufeln zusätzlich auch die jeweils einzelne Schaufelfläche in ihrer Krümmung schneiden.

Die so gebildeten Schnittflächen der einzelnen Kerne und die aufgrund der unvermeidlichen Toleranzen bei der Kernherstellung zwangsläufig sich ergebenden Ungenauigkeiten beim paßgenauen Zusammenfügen der Kernsegmente haben entsprechende Maßungenauigkeiten bei dem abgegossenen Gußstück zur Folge, die nicht nur eine aufwendige Putzarbeit am Gußstück, sondern auch einen besonderen Aufwand beim Auswuchten des Turbinenlaufrades als Gußerzeugnis bedingen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sandform für Turbinenlaufräder zur Verfügung zu stellen, bei deren Verwendung ein wesentlich maßgenaueres Turbinenlaufrad als Gußstück entsteht, bei welchem der Aufwand für das Putzen und Auswuchten verringert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß in dem Unterkasten eine mittels eines Teilmodells des Turbinenlaufrades hergestellte Teilform ausgebildet ist, welche neben der Ausformung des Schaufelkegels für jede Schaufel eine von der Schaufelkegel ausgehende Teilfläche zur Abformung der Schaufel sowie radial zwischen den Teilflächen benachbarter Schaufeln verlaufende Arretierungsflächen für in den Unterkasten einzulegende Sandkerne aufweist und daß die Sandkerne mit parallel zu den Schaufelflächen verlaufenden Kernflächen ausgebildet und mit ihrer Stirnseite rotativ bis zum Anschluß an die zugehörige Arretierungsfläche der Teilform in den Unterkasten eingelegt sind derart, daß die Kernflächen der einzelnen Sandkerne jeweils mit den Teilflächen der Teilform sowie mit den Kernflächen der benachbarten Sandkerne die Schaufeln abformen.

Mit den vorstehenden Merkmalen wird das Grundprinzip umschrieben, wonach in dem Unterkasten beispielsweise mit Hilfe eines ungeteilten Teilmodells des Turbinenlaufrades eine Teilform hergestellt ist, welche Teile des Turbinenlaufrades mit Schaufelkegel und daran anschließenden Teilflächen zur Abformung der Schaufeln umfaßt, ferner auch Arretierungsflächen für in die in dem Unterkasten auszubildende Sandform eingelegte Sandkerne, wobei wesentlich für die Verwirklichung der Erfindung der Aspekt ist, daß die eingelegten Sandkerne parallel zu den Schaufelflächen ausgebildete Kernflächen aufweisen, so daß die Sandkerne die Schaufeln ungeteilt als ganzes abformen und weder die Schaufeln als solche noch einzelne Schaufelflächen durch die Kernflächen geschnitten sind. Somit werden die Kerne bei der Herstellung der Sandform in die in dem Unterkasten ausgebildete Ausformung der Krümmung der Schaufeln folgend nach Art einer Schraube eingedreht, wobei durch die an der Teilform ausgeprägten Arretierungsflächen ein paßgenauer Übergang der Kernflächen der Sandform an die zugehörigen Teilflächen der Schaufelabformung gegeben ist.

Mit der Erfindung ist nicht nur der Vorteil verbunden, daß aufgrund fehlender Schnittstellen an den Schaufeln die Putzarbeit verringert und die Maßgenauigkeit des Turbinenlaufrades verbessert ist, sondern es ist auch die Herstellung der Sandform weniger aufwendig, weil nach der einfachen Herstellung der Teilform in dem Unterkasten mit Hilfe eines Teilmodells des Turbinenlaufrades die Sandkerne aufgrund des durch die Abformung in dem Unterkasten vorgegebenen Einlegeweges einfach in die im Unterkasten ausgeprägte Abformung eingelegt werden können, darin ohne zusätzliche Maßnahmen festliegen, und an die Teilform anschließen, ferner weil alle mit dem Metall in Berührung kommenden Flächen sowohl der Teilform als auch der Sandkerne gut geschlichtet werden können.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß in dem Unterkasten von den Arretierungsflächen der Teilform ausgehende und sich dem Verlauf der Teilflächen zur Abformung der Schaufeln folgend bis zur oberen Randlinie der Sandform fortsetzende ansteigende Führungsflächen zur Führung der Sandkerne bei deren rotativem Einlegen aufweist. Damit ist eine formschlüssige Führung der Sandkerne bei deren Einlegen in den Unterkasten gewährleistet, gleichzeitig aber auch eine Sicherung der eingelegten Sandkerne gegen eine Lageveränderung bei der Handhabung der Sandform, beim Einlegen weiterer Sandkerne wie auch beim Abgießen der Form.

Hierzu sieht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vor, daß die Führungsflächen gegenüber den Arretierungsflächen der Teilform zum Boden des Unterkastens vertieft abgesetzt sind und daß die Sandkerne an ihrem die Kernflächen verbindenden Boden einen zusätzlichen Sockel aufweisen, wobei alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein kann, daß im Bereich der Führungsflächen am äußeren Umfang ansetzende und auf die Arretierungsflächen zulaufende Führungsgestaltungen vorgesehen sind, wobei am Boden der Sandkerne komplementäre Gestaltungen ausgebildet sind; diese komplemantären Gestaltungen können beispielsweise als Nuten und Federn ausgebildet sein. Mit allen Maßnahmen wird die Fixierung der Sandkerne beim Einlegen wie auch in der zum Abguß vorbereiteten Sandform verbessert.

Weiterhin ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß die Sandkerne an ihrem am äußeren Umfang der Teilform anliegenden Ende einen überlappungsabschnitt zum Festlegen eines benachbarten Sandkernes aufweisen, womit eine Festlegung der Sandkerne gegeneinander erfolgt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Unterkasten der Sandform für ein Turbinenlaufrad mit fünf Schaufeln,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der in dem Unterkasten in dessen Tiefstem ausgeprägten Teilform für das Turbinenlaufrad,

Fig. 4 den Gegenstand der Fig. 3 mit zwei eingelegten von insgesamt fünf Sandkernen.

In der Zeichnung ist lediglich der Unterkasten 10 der im übrigen zweiteilig mit Unterkasten und Oberkasten ausgebildeten Sandform dargestellt, da die Merkmale der Erfindung lediglich in der im Unterkasten ausgeprägten Form für das Turbinenlaufrad verwirklicht sind. Aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 ergibt sich ohne weiteres, daß die in dem Unterkasten 10 ausgeprägte Form für das mit steilen Schaufeln ausgeprägte Turbinenlaufrad der Ergänzung durch eine an dem Oberkasten ausgestaltete Gegenform mit einem in die Formvertiefung 20 des Unterkastens eingreifenden kegelförmigen Erhebung bedarf. Da das formmäßige Zusammenwirken von Unterkasten und Oberkasten die Ausbildung der Schaufeln des Turbinenlaufrades nicht berührt, reicht die Darstellung der Ausbildung der Sandform im Bereich des Unterkastens aus.

Wie sich zunächst aus der Gesamtansicht der Fig. 1 entnehmen läßt, ist in dem Unterkasten 10 die Form für ein Turbinenlaufrad mit fünf Schaufeln 11 ausgebildet, wobei im Tiefsten des Unterkastens 10 der Schaufelkegel 12 des Turbinenlaufrades ausgebildet ist. Dieser Schaufelkegel 12 ist im wesentlichen durch eine Teilform 13 abgeformt, die - wie besser aus Fig. 3 ersichtlich - im Tiefsten des Unterkastens 10 mittels eines vorzugsweise ungeteilten Teilmodells des Turbinenlaufrades ausgeprägt ist. Neben der Abformung des Schaufelkegels 12 bildet die Teilform 13 insbesondere von dem Schaufelkegel 12 dem gewünschten Verlauf der Schaufeln 11 folgende Teilflächen 14 aus, die über ihren Verlauf der Abformung der Schaufeln 11 dienen.

Radial zwischen den Teilflächen 14 verlaufend sind entsprechend der Schaufelzahl fünf in ihrer Funktion nachstehend zu beschreibende Arretierungsflächen 15 angeordnet, welche dem äußeren Umfang der Teilform 13 eine verzahnungsartige Struktur vermitteln derart, daß die Arretierungsflächen 15 sich jeweils vom Beginn einer Teilfläche 14 am Schaufelkegel 12 radial nach außen zum Ende der in Schaufelkrümmung zurückliegenden benachbarten Teilfläche 14 erstrecken. Der Unterkasten mit der in seinem Tiefsten ausgeprägten Teilform 13 ist im einzelnen in Fig. 3 dargestellt, wobei der Außenumfang des Laufrades durch die obere Randlinie 19 der Formvertiefung 20 im Unterkasten 10 vorgegeben ist. Die sich von der oberen Randlinie 19 zur Teilform 13 hin erstreckenden Flächen 21 bilden gleichzeitig eine Führung und Fixierung der eingelegten Sandkerne 16.

Wie sich aus Fig. 3 im einzelnen ergibt, bilden die fünf Arretierungsflächen 15 einen stirnseitigen Anschlag für fünf in den Unterkasten 10 rotativ, der Schaufelkrümmung folgend eingelegte Sandkerne 16, die mit ihrer Stirnseite 17 voran in den Unterkasten 10 eingelegt sind und über ihre den Schaufeln 11 entsprechende Längserstreckung beiderseits Kernflächen 18 aufweisen, deren Verlauf der gewünschten Formgebung für die Schaufeln 11 entspricht, wobei die eingelegten Sandkerne 16 mit ihren Kernflächen 18 über einen Abschnitt die Teilflächen 14 der Teilform 13 überlappen, so daß dazwischen die Schaufeln 11 zu einem Teilabschnitt abgeformt sind, während der andere Teil der Schaufeln 11 zwischen den Kernflächen 18 der jeweils benachbarten Sandkerne 16 abgeformt ist.

Aus einer Zusammenschau der Fig. 1 sowie 3 und 4 ergibt sich somit, daß die Sandkerne 16 an keiner Stelle der Form die Schaufeln 11 selbst oder deren Schaufelflächen im einzelnen schneiden; die Schaufelflächen können daher auch in Umfangsrichtung des Turbinenlaufrades als Gußerzeugnis eine Krümmung aufweisen, die bei der Herstellung der Teilform 13 beziehungsweise der Herstellung der Sandkerne 16 berücksichtigt werden kann, ohne daß dies Auswirkungen auf das Zusammenfügen der Teile der Sandform oder die Ausbildung des Turbinenlaufrades als Gußerzeugnis hätte.

Zur Vereinfachung des Einlegens der Sandkerne 16 in den Unterkasten 10 und zum Festlegen der eingelegten Sandkerne 16 beim Gießvorgang sind verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen: Wie aus den Fig. 3 beziehungsweise 4 ersichtlich, sind Führungsflächen 22 zur Führung der Sandkerne 16 beim Einlegen in den Unterkasten 10 vorgesehen; diese Führungsflächen 22 nehmen ihren Ausgang an den Arretierungsflächen 15 der Teilform 13 im Tiefsten der Formaussparung im Unterkasten 10 und steigen dem Verlauf der Teilflächen 14 zur Abformung der Schaufeln 11 folgend und sich über die Form der Sandkerne 16 fortsetzend bis zur oberen Randlinie 19 der Unterkasten-Sandform an, so daß über die so gebildete schiefe Ebene der betreffende Sandkern 16 gut eingelegt werden kann. Dabei kann es auch vorgesehen sein, an den Führungsflächen 22 beziehungsweise an dem Boden der Sandkerne 16 komplementäre Führungsgestaltungen vorzusehen, um einen Formschluß beim Einlegen der Sandkerne 16 vorzugeben. Eine solche Gestaltung ist in den Fig. 3, 4 mit dem Bezugszeichen 23 angedeutet. Diese einen Formschluß vorgebenden Führungsgestaltungen 23 können in vielfältiger Weise, beispielsweise nach dem Nut-Feder- Prinzip ausgebildet sein; die Führungsgestaltungen 23 können ferner im Bereich der Führungsflächen 22 mittig oder an einem der äußeren Ränder und damit in Nachbarschaft zu einem benachbarten Sandkern 16 angeordnet sein.

Wie im einzelnen nicht weiter dargestellt, können die Führungsflächen 22 mit oder ohne zusätzliche Führungsgestaltungen 23 auch gegenüber den Arretierungsflächen 15 beziehungsweise gegenüber den Teilflächen 14 der Teilform 13 in Richtung auf den Boden des Unterkastens 10 vertieft angesetzt sein, wobei dann an dem seine Kernflächen 18 verbindenden Boden des betreffenden Sandkerns 16 ein zusätzlicher Sockel angeformt ist, der beim Einlegen des Sandkerns 16 in den Unterkasten 10 auf der vertieft angesetzten Führungsfläche 22 gleitet und dadurch beim Einlegen geführt und in seiner Endlage formschlüssig festgelegt ist.

Eine weitere Maßnahme besteht darin, daß die Sandkerne 16 an ihrem an der oberen Randlinie 19 anliegenden äußeren Ende einen überlappungsabschnitt 24 zum Festlegen jeweils des in Krümmungsrichtung der Schaufeln benachbarten Sandkerns 16 aufweisen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (6)

1. Sandform zum Abgießen eines mehrere Schaufeln aufweisenden Turbinenlaufrades, wobei die einzelnen Schaufeln eine sowohl radiale als auch axiale Krümmung mit entsprechend unterschnittenen Schaufelflächen aufweisen, mit einem Unterkasten und einem Oberkasten, wobei die die Schaufeln des Turbinenlaufrades als Gußerzeugnis vorgebenden Hohlräume in der Sandform durch Einlegen von die Schaufelflächen teilweise ausbildenden Sandkernen in den Unterkasten abgeformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Unterkasten (10) eine mittels eines Teilmodells des Turbinenlaufrades hergestellte Teilform (13) ausgebildet ist, welche neben der Ausformung des Schaufelkegels (12) für jede Schaufel (11) eine von dem Schaufelkegel (12) ausgehende Teilfläche (14) zur Abformung der Schaufel (11) sowie radial zwischen den Teilflächen (14) benachbarter Schaufeln (11) verlaufende Arretierungsflächen (15) für in den Unterkasten (10) einzulegende Sandkerne (16) aufweist und daß die Sandkerne (16) mit parallel zu den Schaufelflächen verlaufenden Kernflächen (18) ausgebildet und mit ihrer Stirnseite (17) rotativ bis zum Anschluß an die zugehörige Arretierungsfläche (15) der Teilform (13) in die Unterkasten (10) eingelegt sind derart, daß die Kernflächen (18) der einzelnen Sandkerne (16) jeweils mit den Teilflächen (14) der Teilform (13) sowie mit den Kernflächen (18) der benachbarten Sandkerne (16) die Schaufeln (11) abformen.

2. Sandform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Unterkasten von den Arretierungsflächen (15) der Teilform (13) ausgehende und sich dem Verlauf der Teilflächen (14) zur Abformung der Schaufeln (11) folgend bis zur oberen Randlinie (19) der Sandform fortsetzende ansteigende Führungsflächen (22) zur Führung der Sandkerne (16) bei deren rotativem Einlegen aufweist.

3. Sandform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (22) gegenüber den Arretierungsflächen (15) der Teilform (13) zum Boden des Unterkastens (10) vertieft abgesetzt sind und daß die Sandkerne (16) an ihrem die Kernflächen (18) verbindenden Boden einen zusätzlichen Sockel aufweisen.

4. Sandform nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Führungsflächen (22) an der oberen Randlinie (19) ansetzende und auf die Arretierungsflächen (15) der Teilform (13) zulaufende Führungsgestaltungen (23) vorgesehen sind, wobei am Boden der Sandkerne komplementäre Gestaltungen ausgebildet sind.

5. Sandform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgestaltungen (23) im Unterkasten (10) und an den Sandkernen (16) als Nuten und Federn ausgebildet sind.

6. Sandform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sandkerne (16) an ihrem an der oberen Randlinie (19) anliegenden Ende einen Überlappungsabschnitt (24) zum Festlegen eines benachbarten Sandkerns (16) aufweisen.