DE8431637U1

DE8431637U1 - Eingußspannblock für mehrteilige Werkstücke, insbesondere für Turbinenschaufeln

Info

Publication number: DE8431637U1
Application number: DE8431637U
Authority: DE
Original assignee: Hauni Werke Koerber and Co KG
Current assignee: Koerber AG
Priority date: 1984-10-27
Filing date: 1984-10-27
Publication date: 1986-06-12
Also published as: GB8526490D0; GB2166070A; GB2166070B; US4737417A; CH669136A5; CA1266281A; DE8438415U1; DE8438413U1; US4827583A; JPS61123443A

Description

Stw.: BLOHM-mehrflüglige Leitschaufel-Spannblock-I Hauni-Akte 1854, Bergedorf, den 1. April 1986

EinguQspannblock für mehrteilige Werkstücke, insbesondere für Turbinenschaufeln

Die Erfindung betrifft einen EinguQspannblock zum Einspannen und Halten von Werkstücken, insbesondere Tuibinenschaufeln, der durch UmgieGen des Werkstückes mit einem schmelzbaren Material gebildet wird.

Insbesondere bei Turbinen- oder Verdichterschaufeln tritt das Problem auf, daß sie nach dem Gießen oder Schmieden an ihren Enden bearbeitet, beispielsweise geschliffen, werden müssen.

Um eine solche Schaufel für diese Bearbeitung genau ausgerichtet auf die Maschine aufspannen zu können, ist es bekannt, diese in einem Block oder einer Ummantelung aus Metall zu kapseln, so daß nur deren zu bearbeitendes Ende frei bleibt'. Der Block wird dabei gebildet durch Umgießen des Werkstückes, beispielsweise der Turbinenschaufel, mit einem schmelzbaren Material, z.B. einer Zinn-Blei-Antimon-Legierung.

Oer das Werkstück bis auf das freibleibende zu bearbeitende Ende umschließende Block läßt sich dann in einer Werkzeugmaschine, beispielsweise einer Schleifmaschine, einspannen. Nach der Bearbeitung des Werkstückes auf der Werkzeugmaschine ist es nun notwendig, das Werkstück aus dem EinguQspannblock wieder herauszulösen.

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Stw.: BLOHM-mehrflüglige Leitschaufe1-Soannblock- I Hauni-Akte 1854, Bergedorf, den 1. April 1986

Hierzu ist es bereits bekannt, das Blockmaterial wieder abzuschmelzen. Dabei kommt es vor, daO an den Werkstückflächen etwas Material vom EinguGspannblock haften bleibt. Das kann bei einer Turbinenschaufel schwerwiegende Folgen haben, da auf der Schaufel verbliebene Verunreinigungen die Schaufel im Betrieb zerstören würden.

Um dies zu vermeiden, ist weiterhin eine Lösung bekannt, nach der das Werkstück vor dem UmgieOen mit Metall zunächst mit einem aushärtbaren Kunststoff überzogen wird. Hierbei gestaltet sich aber die nach dem Abschmelzen des Blockmaterials erforderliche Entfernung der Kunststoffschicht als äußerst kompliziert und aufwendig.

_vqemä0 der DE-AS 28 22 828/ Bei einer weiteren Einspann- und Haltevorrichtung Verfolgt das Entfernen des Spannblockmaterials vom Werkstück durch mechanisches Zerbrechen des Spannblocks mittels eines aus zwei Stempeln bestehenden Werkzeuges, wobei die Stempel mit Zinken versehen sind, die in Schlitze des Spannblockes eingreifen. Durch senkrechtes Bewegen der beiden Stempel aufeinanderzu zerbricht der Spannblock an einem Sollbruchquerschnitt .

Ein Spannblock und ein Werkzeug zu dessen Aufbrechen in der vor beschriebenen Art eignen sich allenfalls für Einzelschaufeln .

Bei einer zweiflügligen Turbinenlei tschau fei beispielsweise, bei der zwei Schaufelblätter in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind, würde nach herkömmlicher Art des Umgießens der Zwischenraum zwischen den beiden Schaufelblättern ebenfalls mit Blockmaterial ausgefüllt, so daß ein mechanisches Aufsprengen eines solchen Spannblockes kaum möglich wäre. Es bliebe dann wiederum nur die Möglichkeit des Ausschmelzens des Blockmaterials, was

Stw.: BLOHM-mehrflüg 1 ige Lei tschau fei-Spannblock-I
Hauni-Akte 1854, Bergedorf, 1. April 1986

jedoch mit den vorstehend beschriebenen Nachteilen wer- v

bunden ist. Jf

Man hat aus diesem Grunde derartige Werkstücke auch mit ^

mechanischen Spannmitteln eingespannt, was jedoch von der :■>■

Bedienungsperson ein hohes MaO an Geschicklichkeit und '<>' IQ Fingerspitzengefühl erforderte, um eine hinsichtlich der '<.> Werkstückposition und der Spannkräfte genau definierte :■; Einspannung zu erreichen. Einerseits mußten am Werkstück ^

genügend hohe Spannkräfte anliegen, damit es die bei der $ Bearbeitung auftretenden Schnittkräfte ohne zu verrutschen

,c aufzunehmen vermag, andererseits können aber hohe Spann- ;

kräfte zur Beschädigung derartiger komplizierter und ^

empfindlicher Werkstücke führen. ύ

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen 4 Eingußspannblock zu schaffen, der insbesondere für zwei- jji

flüglige Turbinenleitschaufeln oder ähnliche mehrteilige ■&

Werkstücke geeignet ist und der sich leicht aufbrechen |

und vom Werkstück wieder entfernen läßt. %

ErfindungsgeinäQ besteht der Eingußspannblock für zweiflüglige Turbinenleitschaufeln oder ähnlich mehrteilig

gestaltete Werkstücke aus zwei oder mehreren das Werkstück
von außen umfassenden Formteilen, die durch Verbindungsstege miteinander verbunden sind, wobei der Zwischenraum
zwischen den Schaufelblättern bzw. ähnlichen Werkstückteilen sowie an diesen vorhandene Hinterschneidungen weit-

gehend von Eingußmaterial freigehalten sind.

Nach der Erfindung sind die Verbindungsstege als Sollbruchstellen ausgebildet.

Stw.: BLRHM-mehrfluglige Leitschaufel-Spannblock-I Hauni-Akte 1B54 - Bergedorf, den 1. April 1986

5 Durch die Erfindung ist es möglich, insbesondere zwei-{ flüglige Turbinenleitschaufeln oder ähnliche Werkstücke

, zur Weiterbearbeitung genau positioniert auf eine Werk-

zeug-, insbesondere Schleifmaschine, zu spannen. Nach der

Bearbeitung läßt sich der erfindungsgemäGe EinguGspannjQ block durch Aufbrechen der Verbindungsstege wieder einwandfrei vom Werkstück entfernen, d.h. er hinterläßt am Werkstück weder Rückstände von EinguGmaterial noch ; Beschädigungen.

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Stw.: BLOHM-mehrfluglage LeitschauFel-Spannblock-I Hauni-Akte 1854, Bergedorf, den l. April 1986

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen

Figur 1 eine zweiflüglige Turbinenleitschaufel im EinguQspannblock in der Draufsicht,

Figur 2 den Schnitt A-A nach Figur 1, Figur 3 den Schnitt B-B nach Figur 1, Figur 4 den Schnitt C-C nach Figur 1, Figur 5 den Schnitt D-D nach Figur 1, Figur 6 eine Seitenansicht nach Figur 1,

Figur 7 die Vorrichtung zur Herstellung des Eingußspannblockes bei geöffneter Form im Schnitt,

Figur θ

einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Figur 7 bei geschlossener Form,

Figur 9 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Figur 7 mit sichtbarem beheizten Einfüllstutzen ,

Figur

Figuren 11 und

einen Schnitt durch die geschlossene Form mit gleichzeitig als Positionierlemente ausgebildeten Formeinsätzen,

zwei Abdichtvarianten als Einzelheit X nach Figur 10,

Stw.: BLüHM-mehrflüglige Leitschaufel-Spannblock-I Hauni-Akte 1854, Bergedorf, den l. April 1986

Figur

die Einzelheit Y nach Figur 10,

Figur 14 die Einzelheit Z nach Figur 10,

Figur 15 die Vorrichtung nach Figur 7 mit einem aus einem auftreibbaren elastischen

Hohlkörper bestehenden Formeinsatz,

Figur 16 die Vorrichtung zum Aufbrechen des EinguQ· spannblockes im Schnitt,

Figur 17 den Schnitt E-E nach Figur 16,

Figur 18 einen Ausschnitt aus der Aufbrechvorrichtung mit einem auftreibbaren elastischen Hohlkörper als Aufbrechmittel.

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Stw.: BLOHM-mehrflüglige Leitschaufel-Spannblock-T Hauni-Akte 1854, Bergedorf, den ι. April 1986

Ein zweiflügliges Teil eines Leitschaufelkranzes (Fig. 1), bestehend aus den beiden Schaufelblättern 1,2, die durch das innere Kranzsegment 3 und durch das äußere Kranzseyment 4 verbunden sind, ist zum Einspannen auf einer Werkzeugmaschine in einen Eingußspannblock 6 eingegossen.

Dabei besteht der Eingußspannblock 6 aus zwei Formteilen 7, 8, die durch Verbindungsstege 9, 11 miteinander verbunden sind und die Schaufelblätter 1, 2 von außen umfassen. Somit umgibt das Formteil 7 die konvexe Seite des Schaufelblattes 1 und das Formteil 8 die konkave Seite des anderen Schaufelblattes 2. Bis auf die Verbindungsstege 9, 11 bleibt der Zwischenraum 12 zwischen den Schaufelblättern 1, 2 von Eingußmaterial frei. Ebenfalls von Eingußmaterial weitgehend freigehalten, d. h. bis auf den Bereich der Verbindungsstege 9, 11, sind die Schaufel- | blattkanten 13, 14, 16, 17 (Fig. 1 bis 6). Die Verbindungsstege 9, 11 sind als Sollbruchstellen ausgebildet, die ein Aufbrechen des Eingußspannblockes 6 und sein Entfernen vom Werkstück, hier vom zweiflügligen Teil eines Leitschaufelkranzes, nach der Bearbeitung dessen freier Enden auf einer Werkzeugmaschine ermöglichen. Infolge der von Eingußmaterial weitgehend freigehaltenen Schaufelblattkanten 13, 14, 16, 17 wird deren Beschädigung beim Aufbrechen .des Eingußspannblockes 6 vermieden.

Zur Herstellung eines solchen Eingußspannblockes 6 ist eine Vorrichtung gemäß den Figuren 7 bis 15 vorgesehen.

Diese besteht aus einer zweiteiligen Gießform 18, 19, die in Fig. 7 im geöffneten Zustand gezeigt ist. Dabei ist dei: eine Gießformteil 19 mittels in der Zeichnung nur angedeuteter Verbindungselemente 21, 22 fest mit einer Grundplatte 23 verbunden, während der andere Gießformteil 18 zum öffnen und Schließen der Gießform relativ zum

Stw.: BLOHM-mehrfluglige Leitschaufel-Spannblock-I Hauni-Akte 1854, Bergedorf, den 1. April 1986

feststehenden GieQformteil 19 beweglich ist. Hierzu ist der bewegliche Gießformteil 18 auf einer Führungsstange geführt, die an ihrem einen End^ mit dem feststehenden GieQformteil 19 und an ihrem anderen Ende mit einer Halteplatte 26 fest verbunden ist, die auf der Grundplatte 23 mittels Verbindungselementen 27 befestigt ist.

Oas Bewegen des GieQformteiles 18 erfolgt mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebs 28, der an der Halteplatte 26 mittels Verbindungselementen 29, 31 befestigt und dessen Kolbenstange 32 mit dtm beweglichen

GieGformteil 18 verbunden ist.

D'ie Gießformteile 18, 19 sind mit Formeinaätzen versehen, die als stationäres Formstück 33 und als betätigbare¹" Formstempel34 ausgebildet sind.
Das Formstück 33 und der Formstempel 34 sind so ausgebildet, daß sie den Zwischenraum 12 zwischen den einzugießenden Schaufelblättern 1, 2 sowie die Hinterschneidungtn und

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Schauferkanten 13, 14, 16, 17 (Fig. 2) weitgehend vom Eingußmaterial freihalten. Der Formstempel 34 ist mit einem pneumatischen oder hydraulischen Antrieb 36 versehen, der an einem mit der Grundplatte 23 fest verbundenen Halter 37 mittels Verbindungselementen 38, 39 befestigt ist und dessenjKolbenstange 41 mit dem Formstempel 34 verbunden ist. ·

Zum Halten des einzugießenden zweiflügligen Leitschaufelkranzteiles in der Gießform, d. h. im feststehenden Gießformteil 19, sind zwei je auf ein Schaufelblatt 1, 2 wirkende Andrückstifte 42, 43 vorgesehen, die durch den bewegbaren Gießformteil 18 hindurchgeführt sind.

Die Betätigung dieser Andrückstifte 42, 43 erfolgt mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebes 44, der mittels Verbindungselementen 46, 47 an der Halteplatte 26 befestigt ist. Die Kolbenstange 48 des Antriebes 44 ist

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Stw.: BLOHM-mehrflüglige Leitschaufel-Spannblock-I Hauni-Akte 1854, Bergedorf, den !.April 1986

mit einem Führungselement 49 verbunden, welches auf der Führungsstange 24 geführt ist. In einer Ausnehmung 51 des Führungselementes 49 sind die Andrückstifte 42, 43 an ihrem einen Ende mittels Druckfedern 52, 53 federnd abgestützt .

Durch eine derartige Anordnung der Andrückstifte 42, 43 ist es möglich, bei geöffneter Gießform 18, 19 eine Kontrolle der Werkstückposition vorzunehmen. Dabei lassen sich die Andrückstifte 42, 43 zur eventuellen Korrektur der Werkstücklage gegen die Kraft der Druckfedern 52, 53 auch von Hand mittels eines nicht gezeigten Werkzeuges zurückziehen.

In Fig. 8 ist die Gießform 18, 19 im geschlossenen Zustand

gezeigt, wobei der Schnittverlauf durch das Werkstück dem der Linie A-A in Fig. 1 entspricht, und die Figur 9 zeigt eine Schnittdarstellung der geschlossenen Gießform 18, 19 mit einem Einfüllstutzen 54, bei der der Schnittverlauf durch das Werkstück der Linie B-B nach Fig. 1 entspricht.

Durch diesen Einfüllstutzen 54 wird die Gießform 18, 19 mit dem flüssigen Eingußmaterial, beispielsweise einer Zinn-Blei-Antimon-Legierung, gefüllt. Der Einfüllstutzen 54 ist mit einer Heizeinrichtung 56 ausgestattet, die den Einfüllstutzen 54 in zwei getrennten Zonen 57, 58 beheizt.

Zum Fntnehmen des fertigen Eingußspannblockes 6 aus der Gießform 18, 19 ist es notwendig, das im Einfüllstutzen befindliche erstarrte Metall, welches mit dem Eingußspannblock 6 noch in Verbindung steht, in der Mündungszone 57 dee Einfüllstutzens 54 nochmals aufzuschmelzen.

was mit der Heizeinrichtung 56 geschieht.

Um nach Entnehmen des Eingußspannblockes 6 eine erneute Befüllung der Gießform 18, 19 vornehmen zu können, muß zusätzlich auch die Einfüllzone 58 des Einfüllstutzens 54

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beheizt werden, um auch das darin befindliche erstarrte Eingußmaterial aufzuschmelzen und somit den Einfüllstutzen 54 für einen neuen Füllvorgang zu öffnen.

Die in Fig. 10 gezeigte Schnittdarstellung entspricht einem Schnittverlauf durch das Werkstück gemäß der Linie C-C nach Fig. 1, wobei die darin bezeichneten Einzelheiten X, Y und Z in den Figuren 11 bis 14 vergröQert dargestellt sind.

Die schon erwähnten Formeinsätze, die als stationäre Formstücke 33 und/oder als betätigbare Formstempel 34 ausgebildet sind, bilden entlang den Kranzsegmenten 3, 4 (Fig. 1) und entlang den Schaufelblattkanten 13, 14, 16, 17 (Fig. 2) Dichtfugen, die ein Eindringen von Eingußmaterial in die vorgesehenen Freiräume, z. B. in den Zwischei raum 12, verhindern.

Diese Dichtfugen können beispielsweise als Spaltdichtungen ausgeführt sein.
Sie können aber auch gemäO Fig. 11 durch elastisches Material 59 oder gemäß Fig. 12 durch federnd angedrückte Leisten 61 gebildet werden.

Die Formeinsätze können auch zum Positionieren der Werkstücke, hier des zweiflügligen Schaufelkranzsegmentes, dienen, wie in den Figuren 13 und 14 (Einzelheiten Y und Z nach Fig. 10) gezeigt ist.

Hierbei ist eine sichere Lage durch die drei Anlagepunkte 62, 63, 64 der beiden Schaufelblätter 1, 2 an den Formeinsätzen gegeben.

Als Formeinsätze sind neben den genannten stationären Formstücken 33 und bewegbaren Formstempeln 34 noch weitere Ausführungen denkbar.

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Stw.: BLOHM-mehr f liiglige Leitschauf el-Spannblock-I Hauni-Akte 1854, Bergedorf, den 1. April 1980

In Fig. 15 ist beispielsweise ein als auftreibbarer, elastischer Hohlkörper 66 ausgebildeter Formeinsatz gezeigt. Dieser elastische Hohlkörper 66 wird über einen Kanal 67 mit einem gasförmigen oder flüssigen Druckmedium gefüllt, so daG er sich an die Schaufelblätter 1, 2 anlegt.

Er erfüllt somit gleichzeitig die Dicht funk tion_t so daß gesonderte Dichtelemente, wie sie vorstehend beschrieben wurden, hier nicht notwendig sind.

Im dargestellten Beispiels wirkt der elastische Hohlkörper 66 mit noch einem anderen Formeinsatz, dem Formstempel 34, zusammen.

Der Formstempel 34 kann aber auch entfallen und seine Funktion vom elastischen Hohlkörper 66 mit übernommen werden.
Der Hohlkörper 66 müßte dann so gestaltet werden, daß er bis um die Schaufelblattkanten 14, 17 reicht.

Ein derartiger auftreibbarer elastischer Hohlkörper muß natürlich aus einem hitzebeständigen Gummi oder Kunststoff bestehen, der zumindest der Schmelztemperatur des Eingußmaterials, die z. B. bei einer Zinn-Blei-Antimon-Legierung 135° C beträgt, standhält.

Nachdem da" Werkstück auf einer Werkzeugmaschine, z. B. auf einer Schleifmaschine, fertig bearbeitet worden ist, der EinguQspannblock also seine Spann- und Haltefunktion erfüllt hat, gilt es, diesen wieder vom Werkstück abzulösen.

Hierzu ist in Fig. 16 eine Vorrichtung im Schnitt gezeigt, die es ermöglicht, den beschriebenen Eingußspannblock 6 aufzubrechen.
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Diese Vorrichtung besteht aus einem Gestell 68, welches eine feststehende Spannbacke 69 und eine schwenkbare Spannbacke 71 trägt. Der Eingußspannblock 6 wird von der

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Hauni-Akte 1854, Bergedorf, den !.April 1986

feststehenden Spannbacke 69 gehalten und von der schwenkbaren Spannbacke 71 auf Biegung und Zug belastet. Zum Aufbringen der Spannkräfte sind beide Spannbacken 69, 71 mit je einem hydraulischen Betätigungselement 72 bzw. 73 ausgestattet. Zum Erreichen der Schwenkbewegung der Spannbacke 71 ist diese von einem um eine Achse 74 schwenkbarem Teil 76 aufgenommen, an den die Kolbenstange 77 eines Hydraulikzylinders 78 angelenkt ist. Der Hydraulikzylinder 78 ist
andererseits schwenkbar mit dem Gestell 68 verbunden.
Der EinguOspannb lock 6 wird so eingespannt, daQ die feststehende Spannbacke 69 sein eines Formteil 7 und die

schwenkbare Spannbacke 71 sein anderes Formteil 8 erfaßt. Oberhalb der Spannbacken 69, 71 ist ein Kreuzschlitten 79 angeordnet, der die Finger 81, 82 zum Aufbrechen der Verbindungsstege 9, H des EinguOspannblockes 6 trägt (Figuren 16 und 17).

Durch Absenken des Schlittens 83 des Kreuzschlittens 79
werden die Finger 81, 82 in den Zwischenraum 12 zwischen
den Uerbindungsstegen 9, 11 bzw. in den Raum zwischen dem einen Verbindungssteg 11 und dem inneren Kranzsegment 3

eingeführt.

Im Schlitten 83 ist ein weiterer Schlitten 84 geführt, der die Finger 81, 82 in Richtung zu den Uerbindungsstegen 9, 11 bewegt, so daQ diese von den Fingern 81, 82 aufgebrochen werden. Dabei können die Finger 81, 82 auch mit

beheizten Kanten 86, 87 (Fig. 17) versehen sein, die die
Verbindungsstege 9, 11 ganz oder teilweise aufschmelzen.
In gleicher Weise kann die Stirnseite des Schlittens 84
mit beheizten Kanten 88, 89 versehen sein, die bei der
Absenkbewegung des Schlittens 83 in Richtung auf die vorderen SchaufeUkanten 13, 16 zugestellt werden und diese
von sie evtl. umschließendem EinguGmaterial befreien.
Nachdem die Verbindungsstege 9, 11 durchtrennt und die
Schaufel/KahTen 13, 16 freigelegt worden sind, werden die

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Formteile 7, 8 durch Schwenken des Teiles 76 endgültig vom Werkstück abgenommen. Sie fallen dann nach Lösen der beiden Spannbacken 69, 71 in einen nicht dargestellten Auffangbehälter.
Das Werkstück bleibt auf den Fingern 81, 82 liegen und kann mit dem Kreuzschlitten 79 aus der Einspannzone transportiert werden.

In umgekehrter Weise ist es auch möglich, den EinguQspannblock 6 mit Werkstück zum Aufbrechen mittels dieser Finger 81, 82 und des Kreuzschlittens 76 in die Einspannung einzuführen.

Anstelle der Finger 81, 82 ist es auch möglich, als Aufbrechmittel einen auftreibbaren elastischen Hohlkörper 91 (Fig. 18) zu verwenden, wie er ähnlich in Fig. 15 bereits als Formeinsatz gezeigt war. Dieser ist an seiner Eingangsseite fest und dicht mit einem Stutzen 92 verbunden, durch den das zur Aufweitung des Hohlkörpers 91 erforderliche Druckmedium zugeführt wird.

Claims

• f · I • · · • > I Stra.: BLOHM-mehrfliiglige Leitsohaufel-Spannblock I Hauni-Akte 1854, Bergedorf, den 1. April 1986 Schutzansprüche

1. Eingußspannblock zum Einspannen und Halten von Werkstücken, insbesondere Turbinenschaufeln, der durch UmgieQen des Werkstückes mit einem schmelzbaren Material gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zum Einspannen und Halten won zwei- oder mehrflügligen Turbinenleitschaufeln (1, 2, 3, 4) oder ähnlich mehrteilig gestalteten Werkstücken aus zwei oder mehreren das Werkstück von außen umfassenden Formteilen (7, 8) besteht, die durch Verbindungsstege. (9, 11) miteinander verbunden sind, und daß der Zwischenraum (12) zwischen den Schaufelblättern (1, 2) bzw. ähnlichen Werkstückteilen sowie an diesen vorhandene Hinter schneidungen weitgehend von Eingußmaterial freigehalten sind.

2. Eingußspannblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege (9, 11) als Sollbruch.stel len ausgebildet sind.