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Feuerfeste Auskleidung für Sauerstoff-Stahlkonverter Die Erfindung
betrifft eine feuerfeste Auskleidung für Sauerstoff-Stahlkonverter in Form mehrerer
Zonen.
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Bei einer Reihe der vorbekannten feuerfesten Auskleidungen bestehen
die verschiedenen Zonen aus gleichem Material, wobei diese Auskleidungen insbesondere
für Bessemer-Birnen vorgesehen sind.
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Bei dem Sauerstoff-Stahlherstellungsverfahren, das verschiedentlich
als das LD-Verfahren, Sauerstoff-Bessemer-Verfahren und Sauerstoff-Konverterverfahren
bezeichnet worden ist, besteht der Ofen im wesentlichen aus einer Metallumkleidung,
die eine feuerfeste Auskleidung aufweist. Bis jetzt ist die Auskleidung für Sauerstoff
Stahlgefäße außerordentlich einfach gewesen und bestand aus einer inneren oder »Arbeits«-Auskleidung
aus mit Teer gebundenem, chemisch gebundenem oder gebranntem basischem Ziegelwerk,
einer äußeren oder Tankauskleidung aus gebranntem Magnesit-Ziegelwerk und gewöhnlich
einer Zwischenschicht aus teergebundenem, eingestampftem Gemisch aus einer Masse,
die ähnlich der Arbeitsauskleidung ist.
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Während der Entwicklung des Sauerstoff Konverterverfahrens sind alle
Arbeitsauskleidungen für verschiedene Materialien mit unterschiedlichem Erfolg ausprobiert
worden, wobei man versuchte, eine noch längere Lebenszeit derartiger Auskleidungen
zu erzielen. Da diese Verfahren mit basischen Schlacken arbeiten, enthalten naturgemäß
die Materialien der Arbeitsauskleidung basische Materialien, und zwar im Prinzip
Dolomit und Magnesit in einer Vielzahl von Formen und Kombinationen. Obgleich viele
verschiedene Arten Auskleidungsmaterialien ausprobiert worden sind, um die Lebensdauer
zu verbessern, ist es jedoch die allgemeine Arbeitsweise gewesen, lediglich eine
spezielle Art in einer gegebenen Auskleidung anzuwenden. Allgemein scheint es, daß
sich der größte Erfolg vom Standpunkt der Lebensdauer als auch der Wirtschaftlichkeit
bei Arbeitsauskleidungen ergibt, die aus teergebundenen Calciumoxid-Magnesit-Massen
erhalten werden.
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Hierbei wird ein teergebundenes Ziegelwerk erstellt, das aus wenigstens
96 °/o gebundenem Magnesit (Mg0) und Calciumoxid (Ca0) besteht, welches eine größte
Widerstandsfähigkeit gegenüber der bei dem Sauerstof Konverterverfahren zunächst
anfallenden silikatartigen Schlacke aufweist. Weiterhin kann eine Zugabe von bis
zu 5 °/o Chromoxid zu der angegebenen Masse erfolgen, um so die Widerstandsfähigkeit
gegen Eisenoxid (Fe203) zu verbessern, das zu jenem Zeitpunkt in der Schlacke vorliegt
und in der später anfallenden Schlacke in besonders hohem Prozentsatz anfällt. Im
folgenden werden typische Analysen der zunächst und später erhaltenen Schlacken
angegeben, wie sie weiter oben beschrieben worden sind:
| Zunächst Später |
| erhaltene erhaltene |
| Schlacke Schlacke |
| % °/o |
| Kieselsäure (SiO2) . . . . . . . . . . . . 32,1 18,1 |
| Calciumoxid (Ca0)............ 40,9 36,0 |
| Eisenoxid (Fe2O3) . . . . . . . . . . . . 11,5 30,5 |
| Magnesiumoxid (Mg0) ....... 6,9 6,7 |
| Magnesia (Mg0) . . . . . . . . . . . . . 5,7 5,7 |
| Titandioxid (TiO2) . . . . . . . . . . . . 1,4 1,4 |
| Phosphorpentoxid (P20") ...... 1,5 1,5 |
Da beide der oben angegebenen Arbeitsweisen danach zielen, eine größtmögliche Widerstandsfähigkeit
gegenüber den Schlacken in dem Sauerstoff Konverter
zu erzielen,
ergibt sich, daß derartiges Ziegelwerk, obgleich es gute Qualität aufweist, durchaus
nicht das zweckmäßigste Material für die Anwendung in derartigen Teilen der Auskleidung
ist, wo die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Schlacke nicht die wichtigste Überlegung
darstellt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabenstellung zugrunde, eine feuerfeste
Auskleidung der angegebenen Art zu schaffen, die sich durch eine verbesserte Lebensdauer
auszeichnet und den Arbeitsbedingungen in Sauerstoff Stahlkonvertern gut angepaßt
ist. Die erfindungsgemäße feuerfeste Auskleidung ist nun dadurch gekennzeichnet,
daß sich eine erste Zone über den Boden des Gefäßes längs der Seitenwand nach oben
bis unmittelbar unter die normale Höhe des geschmolzenen Metalls erstreckt, sich
eine zweite Zone von dem oberen Ende der ersten Zone nach oben bis unmittelbar unter
die übliche Höhe des Schlackenspritzens erstreckt, eine dritte Zone einschließlich
des Teils der Auskleidung um die Mündung des Gefäßes und in dem Auftreffgebiet der
Seitenwand gegenüber der Mündung vorliegt, die zweite Zone mit einem mit Teer gebundenen,
gegenüber Schlacke feuerfesten Material ausgekleidet ist, das aus wenigstens 96
°/o MgO plus Ca0 besteht, das MgO in einer Menge von 50 bis 95 °/o und das Ca0 in
einer Menge von 50 bis 5 °/o vorliegt und nicht mehr als 4 °/o Si02, A1203 und Fe203
vorliegen, die dritte Zone mit Teer imprägniertem gebranntem Magnesit-Ziegelwerk
ausgekleidet ist, das einen Gehalt an MgO von wenigstens 96010 aufweist,
und die erste Zone mit basischem feuerfestem Materialausgekleidet ist.
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Die erfindungsgemäß in Anwendung kommenden spezifischen Massen und
deren örtliche Anordnung sind durch ausgedehnte und im industriellen Maßstab durchgführte
Prüfungen von verschiedenen Auskleidungsmaterialien sowie mineralogische Untersuchungen
von Proben derartiger Prüfungen bestimmt worden. Aus den so erhaltenen Zahlenwerten
und Aufschlüssen wurde gefunden, daß das Auskleidungsmaterial, das normalerweise
unter der üblichen Metalloberfläche in dem Gefäß vorliegt, nicht besonders kritisch
ist. Somit wird dieser Teil mit einem basischen, feuerfesten Material ausgekleidet,
dessen Zusammensetzung normalerweise durch wirtschaftliche Überlegungen bestimmt
wird. In typischer Weise besteht dieser Teil der Auskleidung aus Ziegelwerk, das
aus stabilisiertem Dolomit, totgebranntem Dolomit, totgebranntem Calciumoxid, totgebranntem
natürlichem Magnesit und totgebranntem synthetischem Magnesit oder irgendeiner Kombination
dieser Materialien in verschiedenen Anteilen hergestellt wird, wobei die genaue
chemische Zusammensetzung bei denselben nicht besonders kritisch ist. Die zweite
Hauptzone eines erfindungsgemäßen Konvertergefäßes stellt das Mündungsgebiet des
Kegelabschnitts und einen Teil der Seitenwand dar, das im allgemeinen in der Nähe
oder an dem Gebiet vorliegt, wo der Kegelabschnitt mit dem Hauptkörperteil des Konverters
zusammenstößt. Es wurde gefunden, daß diese Gebiete der Auskleidungen insbesondere
einem erheblichen Abrieb und Wärmeschock ausgesetzt sind. Dies stellt das Ergebnis
des Auftreffens der Beschickungsmaterialien auf dieses besondere Gebiet dar. Ein
derartiges Auftreffen kann natürlich die Oberflächen der Auskleidung abreiben. Da
die beschickten Materialien gewöhnlich bei einer Temperatur vorliegen, die relativ
zu der Arbeitstemperatur der Auskleidung tief ist, entwickelt sich ebenfalls ein
Wärmeschock. In diesen Zonen wird erfindungsgemäß ein mit Teer imprägniertes Magnesit-Ziegelwerk
vorgesehen, das einen Gehalt an Magnesiumoxyd von wenigstens 96 Gewichtsprozent
aufweist. Der restliche Anteil der Auskleidung sowie in allen Fällen wenigstens
der Teil derselben, der sich von unmittelbar unter der Metallinie oder dem Metallspiegel
zu dem oberen Ende des Spritzgebietes über dem Schlackenspiegel erstreckt, wird
mit einem feuerfesten Material ausgekleidet, das gegenüber Schlacke besonders widerstandsfähig
ist. Für diesen Zweck wird mit Teer gebundenes Mg0 - CaO-Ziegelwerk und insbesondere
Ziegelwerk, das einen geringen Anteil an Cr20s enthält, angewandt. In dieser Weise
ist jede Zone des Konverters durch die beste Kombination von Eigenschaften gekennzeichnet,
wie sie durch die Betriebsbedingungen bestimmt werden. Es ergibt sich somit eine
größtmögliche Lebensdauer der Auskleidung.
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Die Erfindung wird im folgenden im Zusammenhang mit der Zeichnung
erläutert, die einen Schnitt durch ein Konvertergefäß darstellt, das eine erfindungsgemäße
und in Zonen unterteilte Auskleidung besitzt.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnung weist das Gefäß einen Metalltank
5 auf. Gewöhnlich ist der Tank über den größten Teil seines Körpers 7 zylinderförmig
ausgeführt und zeigt eine abgerundete Bodenzone B. Über dem Hauptteil 7 ist ein
Kegelabschnitt 9 vorgesehen, der eine schräggeschnittene Mündung aufweist. Bei der
hier gezeigten Ausführungsform ist der Tank 5 mit Vorsprüngen 14 versehen, durch
die derselbe z. B. unter Kippen od. dgl. für das Beschicken und Entleeren bewegt
werden kann.
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Die innerste Oberfläche des Tanks 5 ist mit einer Auskleidung 18 herkömmlicher
Art versehen, die gewöhnlich aus gebranntem Magnesit-Ziegelwerk besteht, das mit
einem teergebundenen Einstampfgemisch 20 der gleichen allgemeinen Art bedeckt ist.
Über dem Stampfgemisch 20 liegt die Arbeitsauskleidung vor, die erfindungsgemäß
in mehrere Zonen unterteilt ist.
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Bezüglich des unteren Teils des Gefäßes bedeckt normalerweise die
Metallschmelze 22 etwa 40 °/o der Höhe der Seitenwandung des zylinderförmigen Teils
7. Der Teil der Arbeitsauskleidung in dem Gefäß unter der Schmelze - und hierin
ist der Boden des Gefäßes eingeschlossen - der das Bezugszeichen
24 trägt,
besteht erfindungsgemäß aus herkömmlichen basischen, feuerfesten Materialien. Unter
dem Ausdruck »herkömmliche basische, feuerfeste Materialien« ist ein feuerfestes
Produkt zu verstehen, das basisch ist, ohne hierbei eine Aussage über den restlichen
Anteil der Masse zu machen. Diese herkömmlichen feuerfesten Materialien sind für
diesen Teil derArbeitsauskleidung durchaus zufriedenstellend, da kein direktes Auftreffen
des Sauerstoffs auf diesen erfolgt und auch keine merkliche Berührung mit den Schlacken
vorliegt. Weiterhin sind die Arbeitsbedingungen durchaus gleichbleibend, und weder
der Abrieb noch das Absplittern stellen merkliche Probleme dar. Somit ist es möglich,
Teer enthaltendes basisches Ziegelwerk mit einer derartigen Zusammensetzung anzuwenden,
die größtenteils durch wirtschaftliche Überlegungen bestimmt wird. Es kann totgebrannter
Dolomit, stabilisierter Dolomit, totgebranntes Calciumoxid, totgebrannter natürlicher
Magnesit u. dgl. als solche oder in verschiedenen Kombinationen angewandt werden.
Es versteht sich jedoch, daß unter einigen Arbeitsbedingungen das Anwenden von speziellen
feuerfesten Materialien notwendig sein kann, wie sie weiter unten für das obere
Teil des Gefäßes angegeben sind.
Typische Eigenschaften von zwei
Ziegelwerken, die für diesen Zweck Anwendung finden können, sind im folgenden angegeben:
| A B |
| 60 °/° stabilisierter |
| Stabilisierter Dolomitund40°/° |
| Verbindung Dolomit synthetischer |
| -h5°/° Pech Magnesit |
| -f-5 °/° Pech |
| °/o si02 . . . . . . . . . . . . . 1,2 2,2 |
| °/o A1203 . . . . . . . . . . . . 0,8 0.9 |
| °/o T'02 . . . . . . . . . . . . . 0,5 - |
| % Fe203 . . . . . . . . . . . . 4,8 3,0 |
| a/0 CaO . . . . . . . . . . . . . 50,5 30,3 |
| °/o Mg0 . . . . . . . . . . . . . 37,1 58,4 |
| Glühverlust ....... 5,0 5,2 |
| Dichte, g/mm3 ....... 2,80 2,96 |
| Reißmodul, kg/cm2 ... 87,5 105 |
Das Ziegelwerk
26 in der Arbeitsauskleidung an oder unmittelbar über der
Schmelze steht während des größten Teils des Arbeitsgangs mit der Schlacke in Berührung.
Das Spritzen dehnt dieses Gebiet über die normale Schlackenhöhe sowie unter den
Schmelzspiegel aus. Um den gewöhnlich durch die Schlacke verursachten Arbeitsbedingungen,
insbesondere der Veränderung der Zusammensetzung, wie es weiter oben angegeben ist,
zu widerstehen, ist diese Zone der Arbeitsauskleidung mit einem teergebundenen und
gegenüber der Schlacke widerstandsfähigen Ziegelwerk ausgekleidet, wie es z. B.
in der USA.-Patentanmeldung 38 438 angegeben ist oder vorzugsweise nach den Angaben
der USA.-Patentanmeldung 108 989 ausgeführt wird. In typischer Weise weisen die
Zusammensetzungen des feuerfesten Produkts nach der ersten Offenbarung wenigstens
96 °/o Mg0 plus CaO auf, wobei das MgO in einer Menge von 50 bis 95 °/o und das
CaO in einer Menge von 50 bis 5 °/o vorliegt und nicht mehr als etwa 40/, gesamtes
SiO2, ALO3 und Fe203 vorliegen. Vorzugsweise beläuft sich der Gehalt an MgO plus
CaO auf wenigstens 97
% und die restlichen Oxide auf weniger als 3 °/o. Diese
Massen können nach den herkömmlichen Arbeitsweisen unter Anwenden eines Teers oder
Pechs als Bindemittel in einer Menge von etwa 4 bis 8 Gewichtsprozent hergestellt
werden. Diese Produkte werden häufig und vorteilhafterweise so hergestellt, daß
man zunächst aus Calciumoxid, Magnesiumoxid, Dolomit oder Gemischen derselben eine
Masse hoher Dichte herstellt. Eine derartige Masse kann durch Verpressen von calciniertem
Dolomit oder Calciumoxid oder Magnesiumoxid bei einem Druck von wenigstens 1400
kg/cm2 und anschließendes Brennen bei einer Temperatur von wenigstens 1870°C hergestellt
werden. Es können ebenfalls andere Arbeitsweisen herangezogen werden, und für den
Fachmann ergeben sich derartige Arbeitsweisen unter Berücksichtigung der oben angegebenen
Offenbarungen.
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Ziegelwerk für das Spritzgebiet der Schlacke kann ebenfalls nach der
Lehre der USA.-Patentanmeldung 108 989 hergestellt werden. Im allgemeinen gleichen
die feuerfesten Materialien nach der letzteren Offenbarung denjenigen nach der ersteren,
wobei die einzige größere Veränderung das Einarbeiten einer Menge von etwa 1 bis
5 Gewichtsprozent Chromoxid ist. Wie in der letztgenannten Patentanmeldung angegeben,
werden alle Vorteile gemäß der erstgenannten Patentanmeldung in dieser Weise erzielt,
und dieses Ziegelwerk ist weiterhin dadurch vorteilhaft, da es insbesondere gegenüber
der später auftretenden Schlacke widerstandsfähig ist, die bei dem Durchführen des
Sauerstof Konverterverfahrens anfällt.
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Typische Zahlenwerte bezüglich der Zusammensetzung eines derartigen
mit Teer gebundenen Ziegelwerks, das gegen Schlacke widerstandsfähig ist, sind im
folgenden angegeben:
| Nach USA.-Patent- Nach USA.-Patent- |
| Zusammen- anmeldung 38 438 anmeldung 108 989 setzung 90 °/°
MgO, 10 °/° Ca0 90°/°Mg0 10°/°Ca0, |
| 1 bis 5 °/° CrQO, |
| -I- Bindepech + Bindepech |
| Schüttdichte, |
| g/cm3 ..... 2,95 3,00 |
| Zerreißmodul, |
| kg/cm2 .... 140 147 |
Die Masse nach der USA.-Patentanmeldung 108989 enthält 50 bis 5 °/o Ca0, 50 bis
94 °/o Mg0 und 1 bis 5 °/o Cr203 mit einem S'0,-, A1203- und Fe203-Gehalt nicht
über 4 °/o, wobei der Gehalt an MgO plus Ca0 wenigstens 94 °/o beträgt.
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Es versteht sich, daß durch die obigen Beispiele das Anwenden großer
Blöcke oder monolithischer Materialien aus diesen Massen nicht ausgeschlossen ist.
Das Herstellen großer teergebundener Blöcke mittels Vibration, Einrahmen mittels
Luft, Rütteln u. dgl. ist allgemein bekannt, um monolithische Materialien an Ort
und Stelle in die Auskleidung durch Einrammen oder Vibrieren einzuführen.
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Der dritte Hauptteil 30 der Arbeitsauskleidung liegt um die Mündung
des Gefäßes herum und an der Seitenwand vor, wo die Beschickungsmaterialien auftreffen.
Dieses Gebiet ist gewissen örtlichen Veränderungen einer höheren oder tieferen Anordnung
in dem Gefäß in Abhängigkeit davon unterworfen, wo der Schrott oder das heiße Metall
auf die Auskleidung auftrifft. Dieser Teil der Auskleidung ist Bedingungen unterworfen,
die einen erheblichen Abrieb und Abplatzen bedingen. Für diesen Teil der Auskleidung
muß das Ziegelwerk mit Teer imprägniert sein, um einen übermäßigen Angriff durch
die Schlacke zu verhindern. Allgemein gesprochen stellt dieses Ziegelwerk ein gebranntes
Magnesit-Ziegelwerk dar, das einen Gehalt an Magnesiumoxid von wenigstens 96 °/o
und vorzugsweise darüber aufweist. Ziegelwerk für diese Stellen kann aus einem sehr
reinen Magnesit hergestellt werden, wie es in der USA.-Patentanmeldung 847 864 beschrieben
ist. Bei diesem Verfahren wird totgebranntesMagnesiumoxid mittels mehrerer Verfahrensstufen
hergestellt, durch die kalziniertes Magnesiumoxid bei einer Temperatur von wenigstens
330°C und unter Bedingungen gehalten wird, durch die ein Hydratisieren vermieden
wird. Das Ziegelwerk wird bei einem Druck von wenigstens 1400 kg/cm2 im Trockenen
verpreßt. Die hierbei erhaltene Preßmasse wird unter Halten bei einer Temperatur
von wenigstens 330°C unter einem Druck von wenigstens 1400 kg/cm2 brikettiert, wobei
wenigstens 15 Gewichtsprozent des zuvor komprimierten Materials in die Beschickung
zurückgeführt werden. Das Totbrennen wird sodann durchgeführt, ohne daß man die
bei der zweiten Komprimierungsstufe erhaltenen Körper in ihrer Temperatur absinken
läßt, wobei man bei einer Temperatur arbeitet, die gewöhn-
]ich
in der Größenordnung von wenigstens
1600'C und vorzugsweise darüber liegt,
und hierdurch erhält man totgebranntes Magnesiumoxid mit einem Gehalt an Mg0 von
wenigstens 98 °/o, das eine ungewöhnlich hohe Schüttdichte von z. B. wenigstens
3,30 g/cm3 besitzt. Dieses totgebrannte Magnesiumoxid hoher Schüttdichte führt bei
dem Zerkleinern nur zu außerordentlich wenigen breiten Körnern, die bisher das Verdichten
bei dem Herstellen feuerfester Körper zu verhindern schienen. Das zerkleinerte,
totgebrannte Magnesiumoxid wird zum Herstellen von Ziegelwerk angewandt und in herkömmlicher
Weise gebrannt. Das gebrannte Ziegelwerk wird mit Teer imprägniert, z. B. durch
Kochen in Teer oder durch Imprägnieren mittels Druckbeaufschlagung. Im allgemeinen
werden etwa 8 °/o Teer angewandt. Das in dieser allgemeinen Weise hergestellte Ziegelwerk
ist gegenüber Abrieb und wiederholtem Schlag außerordentlich widerstandsfähig und
weist auch gute Widerstandsfähigkeit gegen ein Abplatzen auf, das sich durch schnelle
und häufige Temperaturveränderungen ergibt. Typische physikalische Eigenschaften
von Ziegelwerk dieser Art sind im folgenden angegeben:
| Dichte, g/cm3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 1,41 |
| Zerreißmodul, kg/cm2 . . . . . . . . . . . . . . . . 217 |
| Scheinbare Porosität, °/a . . . . . . . . . . . . . . 15,5 |
| Lineare Veränderung bei 1730'C, °/o . . . . 0,0 |
| Verlust durch Abplatzen bei 1650°C Vor- |
| erhitzen,°/o ........................ 0,0 |
| Belastungsprüfung, kg/cm2 . . . . . . . . . . . . 1,75 |
| Zerbrechen bei 1650°C .. ... . . ... ... . . kein |
Es ist zu beachten, daß die Anforderung an die große mechanische Festigkeit und
Abriebfestigkeit für diesen Teil der Auskleidung zeigt, daß ausschließlich Ziegelwerk
und keine monolithischen Auskleidungen angewandt werden müssen.
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Bei Anwenden einer in dieser Weise in Zonen unterteilten Arbeitsauskleidung
läßt sich eine maximale Lebensdauer und beste Wirtschaftlichkeit erzielen. Jede
Zone ist mit den Eigenschaften versehen, die für die dort auftretenden Bedingungen
am besten geeignet sind. Somit wird durch Anwenden der bestmöglichen Auskleidungsmaterialien
an diesen Stellen eine maximale Lebensdauer erzielt, und durch Anwenden weniger
kostspieliger Massen in derartigen Zonen (d. h. dem Boden), wo ein Abrieb oder Zerstören
der Auskleidung weniger wahrscheinlich ist, läßt sich eine gute Wirtschaftlichkeit
erreichen. Alle hier angegebenen Prozentsätze verstehen sich auf der Gewichtsgrundlage,
wenn es nicht anders vermerkt ist.
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Es lassen sich im Rahmen des Erfindungsgegenstandes Abwandlungen und
Modifizierungen durchführen.