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Verfahren und Vcrrichtung zum Raffinieren von Magnesiumaltmetall.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein V Verfahren und eine Vorrichtung
zum hauptsächlich kontinuierlichen Schmelzen und Raffinieren von Magnesium und Magnesiumlegierungen.
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Beim Schmelzen, Raffinieren und GiessZn von Leichtmetallen wendet
man gewöhnlich zwei, eventuell frei, verschiedene Tiegel für die rei erwähnten Vorgänge
an, nämlich einen Schmelz-und Raffinierungstiegel, eventuell einen Tiegel für jeuen
dieser Vorgänge, und einen Gusstiegel. Dies sind so schwere und kostspielige Einrichtungen,
dass kleinere Giessereien gewöhnlich ihr Retourmetall (Trümmer etc.) und eventuell
anderes Altmetall nicht selbst raffinieren, sondern es anderweitig zum Raffinieren
schicken, und es entstehen auf diese Weise erhebliche Transport-und andere Unkosten.
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Es ist bekanntlich möglich,~in einem Tiegel sowohl das Schmelzen
als auch das Raffinieren vorzunehmen @n aus iesem zu giessen, wenn man sich Zeit
gibt, d.h. wenn man berei ist, das Schmelzen anzuwarten, bevor @as Raffinieren beginnt,
@@@ danach etwa 10 Minuten wartet, bis das Oxyd und das Salz auf den B@@en gesunken
sind.- Man wählt je drei statt eines Tiegels, damit man u.a. kontinuierlich giessen
kann.
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Falls man in Press- und anderen Giessereien die Schmelz-und Raffinierungseinrichtungen
vereinfachen könnte, könnten in vielen Fällen die Unkosten wei gehend gedrückt werden.
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Besonders Giessereien, welche hauptsächlich kleine komponenten und
schwierige Gegenstände mit hohem Ausschuss herstellen, würden gr ss Ersparnisse
erzielen. Im besonderen Masse würde Dies auf Giessereien zutreffen, die s bescheiden
sind, dass eine Eigenraffinierung nicht möglich ist, bevor die erforderlichen Einrichtungen
##### wesentlich einfacher und preiswerter geworden sind.
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Die vorliegenden Erfindung schlägt eine Lösung der vergenannten Problemevor.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird mit Hilfe eines Raffinierungsflussmittels
in einem Tiegel gearbeitet, der durch eine Scheidewand in eine erste Kammer, der
das Altmetall zugeführt wird, und eine zweite Kammer geteilt wird, er das raffinierte
Metall entnommen wird, indem die beiden Kammern unter der Scheidewand kommunizieren,
und das charakteristisehe Merkmal des Verfahrens besteht darin, dass man an den
Boden des Tiegels eine Schicht Flussmittel legt, uas schwerer ist als das geschmolzene
Magnesium und sc reichtlich,ist, dass die untere Kante der Scheidewand in das Flussmittel
eintaucht, dass man Altmetall kontinuierlich der ersten, geheizten,Kammer zuführt,
wo das Metall schmilzt und unter der 3cheidewand in die, andere Kammer gepresst
wird, und dass man der zweiten Kammer das raffinierte Metall entnimmt.
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Nach einer vorgezcgenen Verfahrensweise der Erfindung wird das-Altmet-all
in einen in der Ladekammer befindlichen perforierten Behälter (Korb) geladen.
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Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens,
welche Vorrichtung in den Patentansprüchen nnd nachstehend näher erläutert wird.
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Die Erfindung ermöglicht ein wirksames Raffinieren Magnesium, und
gleichzeitig werden Ersparnisse in den Betriebseinrichtung
und
-Unkosten erzielt. Der Flussmittelverbrauch ist sehr niedrig, nämlich 1,2 der Metallmenge,
während bei dem bisherigen Raffinieren normalerweise 3-5% Flussmittel verbrauch
wird.
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Um das Verstäridnins der Erfindung zu erleichten, wird diese jetzt
unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 stellt schematisch eine sehr einfache Ausführung der erfindungsgemässen
V rrichtung dar, urid Fig. 2 illustriert ebenfalls schematisch eine vorgezogene
Bauart der erfindungsgemässen Vorrichtung.
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Fig. 5 stellt die Vorrichtung laut Fig. 2 von oben dar.
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In Fig. -l ist der Tiegel mit 1 und das Raffinierungsflussmittel
am Boden des Tiegels mit 2 angegeben. Ein beiderseitig offenes Rorh 3 ist in das
Flussmittel 2 eingetauch. Die Kammer , die das Altmetall aufnimmt, - die Ladekammer
- ist mit 4 und die Kammer, dem raffiniertes Metall entnommen wird, ist mit 5 bezeichnet.
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In Fig 2 und 7-- is-t der Tiegel mit 11 und das Raffinierungsflussmittel
mit 12 bezeichnet. 13 ist ein Tiegeleinsatz, der aus einem oberer!, -zylindrischen
Teil 15b mit einem verhältnismässig kleinen Durchmesser, einem unteren, zylindrischen
Teil lra mib @ einem verhältnismässig grossen Durchmesser, sowie einem Zwischenstück
1C, das die beiden zylindrischen Teile -15b und 15a verbindet, besteht. 14 und 15
bezeichnen die Lade- bzw. die Guss-Stelle. Der Tiegeleinsatz 13 ist mit einem perforierten
Boden 17 versehen. l3 ist ein perforierter Korb, 19 ist geschmolzenes, raffiniertes
Magnesium.
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Beim erfindungsgemäss"en Verfahren kann man folgendermassen vorgellen,
indem man sich zunächst auf die Bauart laut Fig. 1-bezieht: Das Raffinierungsflussmittel
2 wird am Boden des Tiegels 1 angebracht und schmilzt beim Erhitzen des Tiegels.
Man nimmt so viel Flussrnittel, dass das Rohr 3 in das geschmclzene Flussmittel
eintaucht.
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Das Altmetall wird in der Kammer 4- angesetzt und geschmolzen. Wenn
die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der Kammer 4 steigt, wird das Flussmittel
ausserhalb des Rohres 3 bis zur unteren Kante des Rohres gepresst, und danach wird
das geschmolzene Metall an der erwähnten Kante vorbeigepresst und steigt in dem
Rohr 5 durch die Flussmittelschicht auf, wobei das Metall raffiniert wird. Die Flussmittelschicht
ist nun natürlich höher als zu Anfang, da ja der Flussmittelstand ausserhalb des
Rohres
5 beim Schmelzen des Metalls nach unten gedrUckt wurde.
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Es hat sich überraschend herausgestellt, dass ein befriedigendes
Raffinieren sogar mit einer bescheidenen Höhe oder Stärke der Flussmittelschicht
im Einsatz 3, 13 erzielt werden kann. Die Stärke der Flussmittels-chicht von der
unteren Kante des Einsatzes , 13 bis nach oben sollte aber 2- cm oder mehr betragen.
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Die Scheidewand zwischen dem unraffinierten und dem raffinierten
-Metall ist in Fig. 1 als Zylinderwand dargestellt, d.h. eIn Rohr 5, das an beiden
Enden offen ist, sie kann aber auch eine feste Scheideplatte sein, die den Tiegel
1 in zwei gleiche Kammern teilt. Vorzugsweise wird aber ein loser Einsatz (Hohr
o.ä.) angewandt, da hierdurch das Verfahren einfacher und flexibler wird und Vorteile,
wie z.B. ein leichteres Entleeren des Schlammmes,herbeiführt.
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Die untere Kante der Scheidenwand 3 kann der ganzen Länge der Kante
nach vorteilhaft mit Kerben 3a versehen sein, damit das Metall in viele kleine Ströme
oder Tropfen geteilt wird, wenn es die Kante passiert. In diesem Fall wird die Stärke
der Flussmittelschicht im Einsatz 5, 13 von der Spitze der erwähnten Kerben (die
hier von unten eingeschnitten sind) aufwärts gemessen, und diese Stärke sollte,
wie erwähnt, 2-3 cm oder mehr betragen.
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Die Kerben könneri zweckmässig die Pcrm eines umgekehrten V oder eines
umgekehrten U, eine Tiefe von z.B. 0,5-2 cm und eine grosste Breite von z.B. 0,5-1,
m haben.
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Das Verfahren ist das gleiche wie bei einer Vorrichtung gemss Fig.
2 und 5.
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aaffinierungsflussmittel 12 wird am Boden des Tiegels 11 angebracht
und schmilzt beim Erhitzen des Tiegels. Man nimmt so viel Flussmittel, dass der
Wiegeleinsatz 13 etwas in das geschmolzene Flussmittel ragt.
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Altmetall wird im Korb 18 eingeladen und das Metall schmilzt beim
Erhitzen des Tiegels. Wenra der Stand des geschmolzenen Metalls allmählich steigt,
wird der Stand des Flussmittels ausserhalb des Tiegeleinsatzes 15 bis zur unteren
Kante des Tiegeleinsatzes gedrückt, und danach wird geschmolzenes Metall an der
erwähnten Kante vorbeigedrückt und steigt durch den perforierten Boden 17 durch
die Flussmittelschicht 12 im Tiegel einsatz, wobei das Metall raffiniert wird. Das
raffinierte Metall 20, welches der Voraussetzung nach leichter sein soll als das
Flussmittel
12, -kann dem oberen Teil 15b des Tiegeleinsatzes 13 entnommen und eventuell einer
Giessvorrichtung direKt, z.B.
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mit Hilfe einer automatischen Dosierungsvorrichtung, zugeführt werden.
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Das Rohr 3 oder der Tiegeleinsatz 15 kann auf eine beliebige, geeignete
Art unterstützt und aufgehängt sein, beispielsweise können sie auf auf dem Tiegelboden
ruhenden Füssen stehen.
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Der Teil 17a des Bodens 17, ddr sich direkt unter der-Ausgusstelle
15 befindet, ist vorzugsweise nicht perforiert.
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Daher muss das flüssige Magnesium, das durch die Raffinierungsflussmittelschtiht
aufsteigt, einen weniger direkten Weg durch das Flussmittel zurücklegen, wodurch
gründlicher raffiniert werden kann.
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Besonders bei der Verwendung eines Ladekorbes ist es vorteilhaft,
den unteren Teil 15a des Tiegeleinsatzes 13 gegenUber dem oberen Teil 15b exzentrisch
anzuordnen, wie dies in Fig. 2 und 5 dargestellt ist.
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Es ist ausserdem vorteilhaft, dass der untere Teil 15a des Tiegeleinsatzes
den grössten Teil des Tiegelquerschnittes deckt, vorzugsweise 80-95%, indem hierdurch
eine gute Uebersicht über die Höhe der Flussmittelschicht im Rohreinsatz 13 erzielt
wird.
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Der perforierte Boden 17 des Tiegeleinsatzes 15 wird, falls er wie
ein flacher Boden aus Eisen oder Stahl gebaut ist, mit der Zelt infolge der Hitze
in der Mitte herabsinken. Ein derartig@nach unten gebogener Boden ist nicht besonders
zweckmässig. Daher wird ein nach oben gebogener Boden 17 vorgezogen, wodurch er
erstens seine Form besser behSlt,upd zweitens kann ein solcher nach oben gebogener
Boden besser das geschmolzene Magnesium Uber den Querschnitt des Tiegeleinsatzes
15 verteilen.
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Der Boden 17 kann entweder doppel gekrümmt sein, z,B. wie eine Kugekfläche,oder
er kann einfach gekrümmt sein, z.B. wie eine Zylinderfläche.
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Beispiel 1.
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Dieser Versuch wurde in einer Versuchsgiesserei vorgekommen. Vorrichtung:
Ein konischer Tiegel von 200 kg. mit einem Boden etwa wie in Fig. 1 und mit einem
oberen Durchmesser von 620 mm, einem unteren Durchmesser von 575 mm und' einer gröbsten
Tiefe von 580 mm.
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Tiegeleinsatz: Dieser war so gebaut wie etwa in Fig. 2.
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Der obere Teil (15b) des Tiegeleinsatzes (l,) ratte einen Durchmesser
von 260 mm, und der untere Teil (15a) hatte einen Durchmesser von 490 mm. Die Gesamthöhe
des Tiegeleinsatzes betrug 510 mm. Der Tiegeleinsatz stand auf dem Boden des Tiegels
auf drei 1 cm hohen Beinen.
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Der Tiegeleinsatz hatte einen perforierten Boden mit einem Lochdiameter
von 5 mm, Lochzahl 250. Der Teil der Bodenplatte, der sich direkt unter der Ausgusstelle
(15) befand, war nicht perforiert.
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Der Korb 18: Er hatte einen rechteckigen Querschnitt 150 x 200 mm,
Höhe 300 mm. Der Korb war mit Löchern vom 2O mm im Durchmesser perforiert. Der Korb
hing an der Tiegelwand.
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Flussmittel: Dies war ein'handelsübliches Flussmittel aus 44,7» MgCl2,
1,0% CaCl2, 19,0% BaCl2, 0,45% NaCl, 28,4% KCl, 2,5%CaF2 und 2,8% MgO.
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30 kg Flussmittel wurden angesetzt. Bei elektrischer Erhitzung des
Tiegels wurde Altmetall aus einer Pressgussmaschine im Korb (18) angesetzt, bis
der Tiegel mit der Schmelze gefüllt ware Dies nahm etwa 4 Stunden in Anspruch. Danach
wurde das Einladen im gleichen Tempo weitergefUhrt, wobei das raffinierte Metall
kontinuierlich der Ausgusstelle (15) entnommen und einer Pressgussmaschine direkt
zugeleitet wurde. Insgesamt wurden 400 kg Altmetall auf dise Weise raffiniert, und
das raffinierte Metall ausgegossen.
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Ergebnis: Däs raffinierte Metall ergab folgende Analysen (Proben nach
jeder 10. Minute): Chlor-Analyse 6 ppm C1 Oxyd-Analyse 50 ppm 0 Die Ziffern geben
den Durchschnittswert fUr 12 zu verschiedenen Zeiten der Raffinierungsperiode entnommenen
Proben'an.
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Beispiel 2.
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Dieser Versuch wurde in einer industriellen Giesserei vorgenommen.
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Apparatur: Ein konischer Tiegel von 350 kg mit einem Boden wie bei
Fig. 2 und mit einem-oberen Durchmesser von 640 mm, einem unteren Durchmesser von
540 mm und einer grössten inneren Tiefe von 790 mm.
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Tiegeleinsatz: Dieser war ungefähr so gebaut, wie in Fig.2.
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-Der Durchmesser des oberen T iles <15b) betrug 260 mm und der
des
unteren Teils (15a) 460 mm. Die Gesamthöhe des Tiegeleinsatzes
betrug 690 mm.
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Der Tiegeleinsatz stand auf 1 cln hohen Fassen auf dem schrägen Teil
des Tiegelbodens. Der Boden des Tiegeleinsatzes (17) war so perforicrt wie im Beispiel
1.
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Der Korb (1@): Dieser hatte einen rechteckigen Querschnitt von 150
x 300 mm, und die Höhe betrug 300 mm. Der Korb war perforiert und aufgehängt wie
im Beispiel 1.
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Flussmittel: Das Flussmittel war eine handelsübliche Ware und bestand
aus 36% MgCl, 15% CaCl2, 20% BaCl2, 15% NaCl, 1,7% KCl, 5,0% CaF2 und 0,6% MgO.
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Es wurden 40 kg Raffinierungsrlussmittel und 12 kg. DecK-flussmi
tel, insgesamt 52 ks, angesetzt. Der Tiegel wurde #it Hilfe von Oelheizung erhitzt.
Altmetall wurde nun mit Korb angesetzt, undim Laufe von 3 Stunden wurde der Tiegel
mit Schmelze gefüllt.
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Bei 5 Tage langem, andauernden Betrieb wurde 2 300 kg raffiniertes
Metall hergestellt, indem der Tiegel mit Retourmetall aus der Pressgiessmaschine
gefüttert wurde. Es wurden 2 560 Gusstücke von je 0,9 kg ausgegossen. Die Gussgeschwindigkeit
betrug @0 Güsse@ Stunde (nachts wurde nicht gearbeitet).
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Ergebnis: Chlor-Analyse r ppm Cl Cxyd-Analyse S- ppm 0 Die angegebene
Chlor-Analyse ist das Durchschnitt von 94 Proben, die zu verschiedenen Zeiten während
der Raffinierungsperiode ausgehoben waren.
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Die Oxyd-Analyse stellt dn Durchschnitswert von 12 Proben dar, die
zu verschiedenen Zeiten während der Raffinierungsperiode entnommen, waren.
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Beispiel 3 und 4.
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In einer industriellen Giesserei wurde Pressgussretourmetall mit
ähnlichen Raffinierungsflussmitteln wie in Beispiel1 und 2 mit einem Tiegeleinsatz
ohne den perforierten Boden, übrigens aber im wesentlichen infolge Fig. 2 und 3,
raffiniert. Die untere Kante des Einsatzes war mit einer Reihe von Kerben versehen,
d.h.
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Einschnitte von der Form eines umgekehrten V.
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Auch in diesen Fällen war das Ergebnis durchaus befriedigend.
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Ohne den perforierten Boden 17, der dazu dient, das Metall über den
Querschnitt des Einsatzes 13 zu verteilen, ist grössere Sorgfalt geboten, damit
sich der Metallstrom jedenfalls über die
ganze Kantenlänge der Scheidewände
(3, 15a) verteilt, sonst wird die Raffinierungsfähigkeit nicht voll ausgelastet.
Beim Fehlen des Bodens 17 ist dafür die Pflege einfacher.
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Die Die oben angegebenen Beispiele zeigen, dass das Arbeiten nach
dem erfindungsgemässen 9erfahren und mit der entsprechenden Vorrichtung qualitativ
sehr befriedigende Baffinierung ergeben, indem die Chlor- und Oxygenwerte der obensehenden
Analysen die gleichen sind, wie sie beim Primärmetall u'blich' sind. Der Flussmittelverbrauch
per Tonne Metall ist besonders niedrig. Die infolge der Erfindung notwendige Apparatur
ist einfach und verhältnismässig preiswert und erfordert nicht viel Platz.
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Nach Wunsch kann der Einsatz 3, 13 mit einem besonderen Filter versehen
sein, um Salzreste zudrückzuhalten, die eventuell in den Einsatz gedrungen sind,
welches bei unvorsichtlgem Arbeiten vorkommen kann.
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Etwas Schlamm kann vorteilhaft aus dem geschmolzenen Metall 19 mit
Hilfe eines ringförmigen, um den Einsatz 13 angebrachten Troges aufgesammelt werden.
Ein derartiger Schlammsammler kann z.B. lösbar direkt über der Erweiterung 15a angebracht
sein, er kann gern sehr weit sein, und in diesem Fall kann man den Korb 18 entbehren.
Der Schlammsammler sollte mit einer oder mehreren Drainierungsöffnungen am Boden
versehen sein.
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Man wird verstehen dass die Erweiterung des unteren Teiles 15a des
Einsatzes 13 nicht unbedingt der unterste Teil des Einsatzes sein muss, indem sich
die Erweiterung ganz Unten auch mehr oder weniger nach unten hin verjüngen kant,
falls dies aus besonderen Grunde wünschenswert ist, z.B. im Hinblick auf die Unterstützung;
oder damit der Einsatz 13 tiefer in den Teigel 11 reicht, wenn dieser mit einem
sich konisch verjüngenden unteren TeAl versehen ist. Dadurch kann man mit einer
kleineren Menge Flubsmittel im Tiegel auskommen, welches bei kürzeren Betribsüperioden
eine Ersparnis' bedeutet,