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Elektrodenhaltevorrichtung Die Erfindung betrifft eine Halte- und
Nachsetzvorrichtung für Söderberg-Elektroden von Elektroöfen, die eine feststehende
Haltevorrichtung und eine gegenüber dieser um den Nachsetzhub verschiebbare Nachsetzvorrichtung
für den oberen von der Elektrodenmasse nicht unterstützten Teil des Blechmantels
umfaßt.
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Derartige Vorrichtungen zum Halten und Nachsetzen von Söderberg-Elektroden
sind grundsätzlich zu unterscheiden von den Vorrichtungen zur Zuführung des Stromes
zu den Elektroden. Es handelt sich um zwei verschiedene Aufgaben, die auch unterschiedliche
Vorrichtungen bedingen. Das Halten und Nachsetzen des Blechmantels soll rasch und
ohne schwierige Handhabung vor sich gehen. Insbesondere soll die Halterung sicher
sein und kein Zwängen oder Verecken des Blechmantels zur Folge haben; vor allem
darf der Blechmantel nicht beschädigt werden.
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Bei der Zuführung des Stromes hingegen kommt es auf eine möglichst
gleichmäßige und allseitige Stromzuführung und insbesondere auf eine ausreichende
Kühlung an. Es ist auch erkannt worden, daß die Stromzuführung zur Vermeidung von
Verlusten möglichst tief erfolgen soll, während die Halte-und Nachsetzvorrichtung
aus baulichen Gründen und zur Erleichterung der Zugänglichkeit in größerer Höhe
angebracht werden kann. Auf Grund der verschiedenartigen Aufgabenstellungen sind
auch spezielle Vorrichtungen für diese beiden Zwecke entwickelt worden.
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Ein wesentlicher Teil von bekanntgewordenen Vorschlägen auf dem Gebiet
der Elektrodenhalterungen befaßt sich nicht mit dem der Erfindung zugrunde liegenden
Problem, eine vorteilhafte Halte-und Nachsetzvorrichtung zu schaffen, sondern will
die Stromzuführung verbessern. So sind beispielsweise sogenannte Elektroden-Tieffassungen
mit speziellen Backenanordnungen bekannt. Durch diese andrückbaren und gekühlten
Backen soll insbesondere bei Elektroden großen Durchmessers eine gleichmäßige Stromzufuhr
erreicht werden.
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Bei einem Vorschlag für eine Gesamtanordnung, die sowohl eine Halte-
und Nachsetzvorrichtung als auch eine Stromzuführung umfaßt, folgt im Gegensatz
zu den bekannten Söderberg-Elektroden jedoch der Mantel der Elektrode nicht in den
Ofen hinein, sondern diese muß durch ihn hindurchgleiten. Zum Nachsetzen ist ein
festklemmbarer und lösbarer Anschlagring vorgesehen, mittels welchem in Verbindung
mit einer Anordnung von Flaschenzügen die. Elektrode abgelassen und hochgezogen
werden kann. Diese Einrichtung zum Nachsetzen als auch zur Stromzufuhr zeigt, mit
welchen Mitteln man schon versucht hat, der hier auftretenden Probleme Herr zu werden.
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Ein ähnlicher Vorschlag für eine Gesamtanordnung mit einer Nachsetz-
und Stromzuführungsvorrichtung für massive Elektroden versucht, eine seit langem
bekannte Elektrodentieffassung mittels Klemmbacken zur Stromzuführung und eine Haltevorrichtung
- ebenfalls mit Klemmbacken ausgerüstet - zu einer Nachsetzvorrichtung zu kombinieren
und dadurch das Nachsetzen als Wechselspiel zwischen Haltevorrichtung und Tieffassung
zu gestalten. Dies mag zwar bei massiven Elektroden angängig sein, bei Söderberg-Elektroden
hat sich eine solche Vorrichtung nicht einführen lassen, weil zu große Anpreßkräfte
auftreten.
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Eine fernerhin . bekannte Elektrodenfassung befaßt sich nicht mit
einer Halte- und Nachsetzvorrichtung, sondern mit der Stromzuführung für massive
und nicht für Söderberg-Elektroden. Hier sollen die der Stromzuführung dienenden
umfangsverteilten Backen allseitig gleichmäßig angedrückt werden. Dabei ist der
Andruck mit 5 bis 6 kg/cm2 so groß, um eine gute Anlage zwischen den Backenflächen
und der Elektrodenoberfläche zu gewährleisten. Derartige Backen sollen und können
keine Haltefunktion bei einer Söderberg-Elektrode ausüben, ohne sie zu zerstören.
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Das Problem bei Söderberg-Elektroden liegt darin, daß durch die üblichen
Nachsetzvorrichtungen die Mantelflächen zum Teil mehr oder weniger deformiert werden,
wodurch die einwandfreie Anlage der Strombacken behindert und der Stromübergang
gestört werden kann. Es bedarf damit größerer Anpreßkräfte der Stromzuführungsbacken,
um unter mehr oder weniger starker Verformung der Mantelflächen noch gute Kontaktverhältnisse
zu schaffen. Dabei ist eine Unterteilung in eine größere Zahl
schmaler
Backen vorteilhaft. Eine Unterteilung in nur vier Backen, die je ein Viertel des
Umfanges umfassen und eine große Fläche aufweisen, ist nicht besonders günstig,
weil die wassergekühlten Backen starr und nicht elastisch sind. Vielmehr ist es
hier zweckmäßig, eine größere Anzahl schmaler Backen vorzusehen, um ein einwandfreies
Aufsetzen der Backen an den Elektrodenmantel zu ermöglichen.
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Die Erfindung behandelt das Problem, eine Halte-und Nachsetzvorrichtung
für Söderberg-Elektroden von Elektroöfen zu schaffen, die dem fortlaufenden Nachsetzen
des oberen, von der Elektrodenmasse nicht erfüllten und daher nicht unterstützten
Teiles des Blechmantels dient. Diese Aufgabe ist seit dem Bekanntwerden der Söderberg
- Elektrode immer wieder von neuem Gegenstand von grundsätzlichen Überlegungen und
daher auch Änderungsvorschlägen gewesen.
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Zu dieser Problemstellung ist schon öfter auf die Erscheinung hingewiesen
.worden, daß der Elektrodenmantel durch -die anpreßbaren Backen der Rufhänge- bzw.
Haltevorrichtung stark eingedrückt und vielfach unzulässig deformiert wird. Um eine
Klemmvorrichtung ganz zu vermeiden, hat man früher eine Haltevorrichtung mittels
Bändern angewandt, bei der an mehreren Stellen des Mantels Stahlbänder von etwa
1,5 mm Dicke angeschweißt sind, die mit dem Nachsetzen der Elektrode von einer Art
Spulen abgewickelt werden und die mittels Bremsen in der jeweiligen Lage festgehalten
sind. Diese Methode ist sehr umständlich, da von Zeit zu Zeit die Bänder neu angeschweißt
werden müssen. Auch ist stets mit Schwierigkeiten dadurch zu rechnen, daß bei unterschiedlicher
Reibung der Bremsen ein Schiefstellen der Elektroden vorkommt.
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Man hat daher diese Methode verlassen und ist dazu übergegangen, den
Blechmantel mit Ringnuten und Nocken od. dgl. Ansätzen zu versehen, in die formschlüssig
Halteorgane eingreifen. Ferner hat man auch mit Bohrungen versehene Backen verwendet,
in die Haltestifte eingeführt werden.
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Die oben beschriebenen Vorrichtungen zum Halten und Nachsetzen des
Blechmantels mittels an diesem angebrachten Nuten oder Nocken haben erhebliche Nachteile.
Das Anbringen der Nuten erfordert einen gewissen technischen Aufwand; die Nocken
stören unter Umständen beim Durchlaufen der Stromzuführungs-Tieffassung. Ferner
ist das absatzweise Nachsetzen der Elektrode nur in den von dem Abstand der Nocken
bestimmten Nachsetz- ; längen möglich; es kann somit nicht genügend dem Ofengang
angepaßt werden.
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Man hat daher auf Abwege gesonnen, um derartige Nuten oder Nocken
zu vermeiden. Eine verbesserte Methode arbeitet mit Ketten oder ähnlichen beweglichen
Gliedern, die um den Blechmantel gelegt und an einer Stelle gespannt werden. Eine
derartige Vorrichtung ist mit einem mehrgliedrigen zaun- oder scharnierartigen Halter
versehen, der mittels einer besonderen Spannvorrichtung fest um den Blechmantel
gespannt wird. Die Spannvorrichtung kann unter der Einwirkung entweder eines Federpaketes
oder eines Druckmittels stehen. Die Anordnung kann demnach auch so getroffen sein,
daß unter Federwirkung gespannt und unter Druckmittelwirkung gelöst wird.
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Abgesehen von den oben erörterten Halte- und Nachsetzvorrichtungen,
bei denen mittels Nuten oder Nocken eine formschlüssige Verbindung mit dem Blechmantel
hergestellt wird, beruhen andere Vorrichtungen dieser Art auf der Herstellung eines
Reibungsschlusses durch Anpressen von Klemmbacken oder ähnlichen Organen. Bei Elektroden
kleineren Durchmessers und damit relativ geringen Gewichtes konnten solche Nachsetzvorrichtungen
ohne große Schwierigkeiten angewandt werden.
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Mit der Zunahme der Ofenleistung und damit auch des Durchmessers der
verwendeten Elektroden mußten die Anpreßkräfte erhöht werden. Dies führte nun zu
den bekannten schädlichen Deformierungserscheinungen des Blechmantels. Um dies zu
vermeiden, ist vorgeschlagen worden, den Anpreßdruck der von außen auf den Blechmantel
einwirkenden Klemmplatten durch innen, vorzugsweise sternförmig angeordnete Stützbacken
aufzunehmen, die den Anpreßplatten direkt gegenüberstehend in den hohlen Blechmantel
eingesetzt sind. Damit sind zwar Verformungen des Elektrodenmantels mit Sicherheit
zu vermeiden; der Methode haftet jedoch der Nachteil an, daß das Aufsetzen von neuen
Blechmänteln sehr viel umständlicher ist, weil dabei die sternförmig ausgebildeten
Stützelemente im Innern des Elektrodenmantels weitergerückt und neu befestigt werden
müssen.
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Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Widerlager im Innern des Elektodenmanteis
und deren Verbindungsgestänge zu vermeiden. Nach einem weiteren Vorschlag soll der
Elektrodenmantel durch Ringmagnete gehalten werden, von denen der eine feststeht,
während der andere mit einer Winde absenkbar ist und die abwechselnd erregt werden,
derart, daß beim Nachsetzen der Elektrode der bewegliche Magnet mit der Elektrode
verbunden ist, während beim Rückzug dieses beweglichen Magnets die Elektrode von
dem feststehenden Ringmagnet gehalten werden soll. Hierbei blieb unberücksichtigt,
daß ein Magnet dem Durchgleiten eines langen Kernes, welcher das Feld nicht verändert,
praktisch keinen Widerstand entgegensetzt, so daß der Vorschlag undurchführbar ist.
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Ein anderer Vorschlag geht dahin, den Klemmring unmittelbar über der
zur Stromzuführung dienenden Fassung anzuordnen, wo die Füllung des Elektrodenmantels
bereits einen genügenden Widerstand gegen das Zusammendrücken des an sich sehr dünnen
Elektrodenmantels bietet. Damit wird jedoch der Klemmring in die Nähe des Ofengefäßes
verlegt, wo er schlecht zugänglich und sehr stark der Ofenwärme ausgesetzt ist.
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Danach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen
- getrennt von der der Stromzuführung dienenden Tieffassung - ausgebildeten Halte-
und Nachsetzvorrichtung die im Innern des Blechmantels angeordneten Stützelemente
zu vermeiden und trotzdem auch bei den größten Elektrodendurchmessern (bis zu 1,7
mm) und Gewichten (bis zu 50 t) einen ausreichenden Anpreßdruck auf den Elektrodenmantel
auszuüben, der ein sicheres Halten und Nachsetzen unter allen Betriebsbedingungen
gestattet.
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Die Erfindung besteht in der technischen Auswertung der Erkenntnis,
daß das Widerlager für die Klemmbacken erspart werden und damit die Klemmvorrichtung
in den oberen, nicht von der Elektrodenmasse unterstützten Teil des Elektrodenmantels
verlegt werden kann, sofern man nur die spezifischen
Flächendrücke
der Anpreßflächen genügend weit herabsetzt (auf etwa 1 bis 2 kg/cm2), um die Elektrode
ohne schädliche Verformung des Elektrodenmantels zu halten. Bei entsprechender Ausbildung
des Klemmringes, insbesondere bei entsprechend geringer spezifischer Flächenpressung
und gleichzeitig möglichst allseitiger Anlage der Anpreßflächen an dem Elektrodenmantel,
gelingt es in der Tat, ohne Widerlager auszukommen, ohne daß schädliche, den Betrieb
beeinträchtigende Verformungen des Elektrodenmantels in Kauf genommen werden müßten.
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Die Erfindung geht demgegenüber aus von einer bekannten Halte- und
Nachsetzvorrichtung für den oberen, von der Elektrodenmasse nicht unterstützten
Teil des Blechmantels von Söderberg-Elektroden, die aus einer feststehenden Haltevorrichtung
und einer gegenüber dieser um den Nachsetzhub verschiebbaren Nachsetzvorrichtung
besteht. Die Erfindung sieht bei einer derartigen Vorrichtung vor, daß sowohl die
Halte- wie die Nachsetzvorrichtung mit je einer den Elektrodenmantel umgebenden
Anpreßvorrichtung versehen ist, die aus mehreren Anpreßsegmenten oder Backen besteht,
die mittels eines einheitlichen oder mehrteiligen Druckmittelantriebes radial auf
den nicht ausgesteiften selbsttragenden Mantel mit einem dessen örtlichen Formänderungswiderstand
nicht überschreitenden Druck allseitig, gleichmäßig und gleichzeitig anpreßbar sind,
wobei durch Vergrößerung der wirksam tragenden Anpreßfläche und Erhöhung des Reibwertes
mittels eines besonderen Reibbelages der zum Halten der Elektrode erforderliche
Haftschluß erzielt wird.
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Der erfindungsgemäße Vorschlag bringt in der Entwicklung der Nachsetzvorrichtungen
einen erheblichen technischen Fortschritt, zumal schon seit längerer Zeit auf Grund
der zunehmenden Elektrodendurchmesser und -gewichte eine befriedigend arbeitende
Nachsetzvorrichtung gefehlt hat. Man hatte wegen der bestehenden Schwierigkeiten
und mangels einer genügend sicheren, mit Reibungsschluß arbeitenden Nachsetzvorrichtung
für große Elektroden der formschlüssigen Methode den Vorzug gegeben. Die damit verbundenen
Umstände und Schwierigkeiten beim Ansetzen neuer Blechmäntel brauchen nunmehr nicht
mehr hingenommen zu werden.
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Die weitgehende Anlage der Preßbacken bzw. Segmente wird gemäß der
weiteren Ausbildung der Erfindung durch die elastische Ausbildung der Anpreßflächen,
gegebenenfalls auch der gesamten Anpreßbacken, erzielt. Sie bewirkt, daß sich die
Oberfläche der Anpreßbacken an etwaige Unebenheiten (z. B. Schweißraupen) und Abweichungen
von der Zylinderform des Elektrodenmantels weitgehend anpaßt, so daß eine vollständige
Anlage erzielt wird. Weicht ein aufgesetzter Zylindermantelschuß etwas von der Zylinderform
ab, so kann die beschriebene Vorrichtung sogar eine gewisse Richtwirkung auf den
Elektrodenmantel ausüben und paßt sich im übrigen nachgiebig an alle Abweichungen
von der genauen Kreisform an.
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Wird die Anpreßfläche aus Gummi gefertigt, so erfüllt sie alle vorstehend
genannten Bedingungen gleichzeitig, da Gummi sowohl elastisch ist als auch die Reibungshaftung
vergrößert. Dabei können die Segmente insgesamt aus Gummi oder anderem elastischem
Baustoff bestehen oder aber ein festes Gerüst oder Einlagen erhalten, über die an
einer oder an mehreren Seiten ein Gummiüberzug gelegt ist. Diese Ausbildung der
Segmente hat zugleich noch den sehr wesentlichen Vorteil, daß die Halteflächen elektrisch
isolierend wirken. Jegliche bleibende Verformung des Zylindermantels wird vermieden,
auch wenn seine Oberfläche stark unregelmäßig ist.
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Die Erfindung erstreckt sich weiter auf die Formgebung der Segmente.
Grundsätzlich sollen die Segmente so nahe wie möglich aneinander anschließen, damit
sich nicht zwischen ihren Kanten im Elektrodenmantel Falten bilden. Dabei kann es
sich erfindungsgemäß als zweckmäßig erweisen, die Spalte zwischen den einzelnen
Segmenten nicht axial und senkrecht zu legen, sondern durch treppenartig versetzte
oder übergreifende oder schräg verlaufende Gestaltung des Kantenverlaufs in der
Weise zu überbrücken, daß die im Spaltbereich örtlich aufzubringende Anpreßkraft
zugleich von den benachbarten Anpreßflächen aufgebracht wird.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, als Druckmittelantrieb
zum Anpressen der Segmente einen einheitlichen, ein- oder mehrteiligen, ringförmig
ausgebildeten, mit einem Druckmittel füllbaren Schlauch zu benutzen. Gegebenenfalls
können die Druckflächen mit diesen Schläuchen, Blasen oder Bälgen unmittelbar, etwa
durch Aufvulkanisieren, verbunden werden, um eine eindeutige Zuordnung zu erreichen.
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Statt der Schläuche kann man auch Anpreßzylinder mit Kolben benutzen,
die über Ausgleichhebel (Balanciers) oder elastische Mittel auf die Segmente einwirken,
so daß ebenfalls eine gleichmäßige Anpressung der Segmente gewährleistet ist.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der als Druckmittelantrieb
dienende, einteilige, ringförmige Schlauch mit nach innen gerichteter, mit der Anpreßfläche
versehener und nach Art eines Fahrzeugluftreifens mit nach außen gerichteter wulstähnlicher
Felgenverankerung ausgebildet.
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Durch die neue Ausbildung wird die bekannte, aus einem feststehenden
Haltering und einem wandernden Nachsetzring bestehende Nachsetzvorrichtung insbesondere
für schwere Elektroden wesentlich verbessert. Haltevorrichtung und Nachsetzring
werden wechselweise an den Elektrodenmantel angepreßt, so daß immer eine der beiden
Vorrichtungen die Elektrode trägt. Die Steuerung der beiden Vorrichtungen kann durch
entsprechende Ventile oder sonstige Abschlußmittel von einer Zentralstelle aus erfolgen,
so daß die Betätigung der Nachsetzvorrichtung in jeder Beziehung denkbar einfach
ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine Halte- und Nachsetzvorrichtung
dargestellt, und zwar zeigt A b b. 1 einen Längsschnitt, A b b. 2 eine Draufsicht
mit Teilschnitt, A b b. 3 und 4 Seitenansichten einiger unterschiedlich geformter
Segmente, und A b b. 5 gibt eine weitere Ausbildung im Längsschnitt wieder.
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Auf einer z. B. hydraulischen Hubvorrichtung 10 ruht das Joch 11,
auf welchem das Traggerüst 12 aufgebaut ist. In dem Traggerüst sind die Segmente
13 radial verschiebbar, die zusammen einen vollständigen Ring ergeben. Durch radiales
Andrücken dieser Segmente an den Mantel 2 der Elektrode 1 wird diese in ihrer Höhenlage
gehalten. Zweckmäßigerweise
ist die Haltevorrichtung am Oberende
der Elektrode angeordnet, wo sie schädlichen Wärmeeinwirkungen entzogen ist, nicht
gekühlt zu werden braucht und bequem zugänglich ist. Der Mantel ist in der Nähe
seines Oberendes noch nicht mit Elektrodenmasse gefüllt, oder die Masse liegt nur
lose im Mantel, ohne seine Festigkeit zu unterstützen. Die Segmente 13 bestehen
aus massivem Kautschuk, Buna oder einem anderen Stoff genügender Elastizität und
sind gegebenenfalls mit Einlagen zur Erhöhung der Festigkeit versehen.
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Da Gummi sowohl eine hohe Reibungsziffer in Verbindung mit Eisen aufweist
als auch elastisch genug ist, um sich an die Unebenheiten und Unregelmäßigkeiten
der Manteloberfläche anzupassen, kann man mit verhältnismäßig kleinen Anpreßflächen
auskommen.
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Grundsätzlich ist aber der Erfindungsgedanke auch mit unelastischen
Segmenten zu verwirklichen.
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Der von den Segmentinnenflächen umschriebene Kreis wird zweckmäßig
etwas kleiner gewählt als der beim radialen Zusammenpressen vorhandene äußere Durchmesser
der Elektrode.
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Das Andrücken der Segmente an die Elektrode erfolgt durch die Schläuche
14, die sich einerseits gegen das Gerüst 12 und äüTererseits gegen die Außenkanten
der Segmente 13 legen. Da der Druck im Innern der Schläuche sich gleichmäßig fortpflanzt,
gleichviel, ob Druckluft oder Druckwasser benutzt wird, werden auch die Segmente
gleichmäßig angepreßt, so daß einseitige Pressungen oder örtliche überbeanspruchungen
des Elektrodenmantels vermieden werden. Statt vier Schläuche zu benutzen, kann auch
ein einziger Schlauch verwendet werden. Es können aber auch kürzere Schläuche, Blasen,
Bälge od. dgl. benutzt werden.
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In vielen Fällen wird es sich als zweckmäßig erweisen, die aus Gummi
bestehenden Segmente gleich auf die Schläuche od. dgl. aufzuvulkanisieren, so daß
ein fester Zusammenhang zwischen den Teilen besteht.
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Infolge der großen Anpreßflächen und der gleichmäßigen Druckverteilung
genügen schon verhältnismäßig niedrige Drücke von wenigen Atmosphären, um auch viele
Tonnen schwere Elektroden ausreichend zu halten.
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Auf dem Gerüst 12 sind die Federn 15 aufgebaut, welche
ein Gerüst 16 tragen, das dem Gerüst 12 weitgehend ähnlich ist und wie dieses Schläuche
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und Segmente 18 umschließt. Die Schläuche 14 und 17 sind an eine
gemeinsame Kraftleitung 20 und eine gemeinsame Rückleitung 21 gelegt.
Sie werden wechselweise mit Hilfe der z. B. elektromagnetisch gesteuerten Ventile
22 und 23 gefüllt und entleert. In der dargestellten Lage werden die Segmente
18 angepreßt, während die Schläuche 14 und die Segmente
13 drucklos sind. Die Nachsetzvorrichtung 16, 17, 18
kann nunmehr mit
der Elektrode 1 absinken, soweit dies die Federn 15 erlauben. Ist die untere Grenze
des Hubes erreicht, so wird von Hand oder mit Hilfe einer bei 25 angedeuteten Endschaltvorrichtung
durch Betätigung der Ventile 22 und 23 eine Umschaltung vorgenommen,
derart, daß die feststehende Haltevorrichtung 12, 13, 14 das Tragen der Elektrode
übernimmt, während die Nachsetzvorrichtung 16, 17, 18 drucklos wird und nach
Lösen von der Elektrode durch die Federn 15 nach oben gedrückt wird. Das
Arbeitsspiel kann darauf von neuem beginnen. Durch Zeitrelais kann erreicht werden,
daß mit Sicherheit zunächst die eine Haltevorrichtung angepreßt wird, ehe die andere
gelöst wird.
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Um selbst bei sehr dünnwandigen Elektrodenmänteln mit Sicherheit Faltenbildungen
zu vermeiden, kann man nach A b b. 3 die Spalte 30 zwischen den Segmenten versetzen
oder nach A b b. 4 auch schräg legen. Entsprechend werden die Seitenflächen
31 ausgebildet. Die Vorsprünge 32 erleichtern die räumliche Einstellbarkeit
der Segmente.
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In A b b. 5 sind die Segmente in Form von Wülsten auf einem Schlauch
oder einem Schlauchmantel angebracht, es ergibt sich dann ein ähnlicher Aufbau wie
bei einer Fahrzeugbereifung, nur liegt die Felge 33 außen, und der Mantel 34 ist
an der Innenseite mit Wülsten 35 versehen, die sich gegen den Elektrodenmantel 2
legen. Unterlagen 36 verhindern das Nachgeben des Mantels 34 nach unten.
Mit dieser Ausbildung läßt sich eine außerordentliche Haltekraft bei weitestgehender
Schonung des Elektrodenmantels errechnen.