DE2243714C3 - Vakuuminduktionsofen fur die Beheizung und Behandlung metallischer Schmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuuminduktionsofer für die Beheizung und Behandlung metallische: Schmelzen, bei welchem die am tragenden Ofengestel

sätzlich durch eine diesen übergreifende, auf einem io abgestützte Induktionsspule außerhalb des Vakuum:

liegt und zwischen Induktionsspule und Tiegel eir Kunststoffmantel angeordnet ist, der den Ober- unc Unterteil des Ofens unter Verwendung von Dichtungs elementen gasdicht verbindet, wobei der Kunststoff

Tragkranz des Ofenoberteils dichtend abgestützte Dichthaube vakuumfest verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (18) auswechselbar in dem tragenden Ofengestell (1)

verlagert ist, wobei der gasdichte Kunststoffmantel 25 mantel innenseitig durch ein von einom gasförmiger

(11) sowie der die Dichthaube (16) abstützende obere Tragkranz (15) Bestandteile des Ofengestells bilden und daß die zugleich der äußeren Armierung des auswechselbaren Tiegels dienenden Kühlrohre Kühlmedium, insbesondere Luft, durchströmtes Kühl rohrsystem gekühlt ist, dessen aus unmagneiischerr Werkstoff bestehende Kühlrohre auf dem wesentlicher Teil ihrer Länge einen abgeflachten Ovalquerschniti

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(21) an ihrem oberen, über das Ofengestell hinausra- 30 aufweisen, und bei welchem der aus keramischer, feuergenden Ende mit ihren stirnseitigen Öffnungen fest fester Masse bestehende Tiegel außer durch einen an eine den Oberteil des Tiegels (18) umgebende. feuerfest zugestellten Deckel zusätzlich durch eine die

sen übergreifende, auf einem Tragkranz des Ofenober teils dichtend abgestützte Dichthaube vakuumfest vor schlossen ist.

Bei dem bekannten Vakuuminduktionsofen dieser Gattung (DT-AS 1 253 872) ist der Tiegel fest in dem tragenden Ofengestell verankert, wobei der gasdichte

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geschlossene Ringkammer (22) für das Kuhlmedium angeschlossen sind, während sie an ihrem unteren Ende fest mit einer Bodenkonstruktion (26) verbunden sind, die ihrerseits dichtend auf einem radial nach innen vorspringenden unteren Tragkiranz (33) des Ofengestells (1) abgestützt ist.

2. Vakuuminduktionsofen nach Anspruch 1, dag
Kunststoffmantel einen integrierten Bestandteil des

durch gekennzeichnet, daß die obere Ringkammer 40 Tiegels bildet, indem die keramische Stampfmasse des (22) des Tiegels (18) als Umlenkkammer dient und Tiegels unter Zwischenschaltung der Kühlrohre von ini nen her unmittelbar gegen den äußeren Kunststoffman-

tel gestampft und mit diesem so unlösbar verbunden ist

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innerhalb der unteren Bodenkonstruktion (26) eine als Verteilerkammer dienende Ringkammer (27) vorgesehen ist, in welche die Hälfte der Kühlrohre

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Die den oberen vakuumfesten Tiegelabschluß bildende

(21) eingeschweißt ist, während die andere Hälfte 45 Dichthaube ist dabei auf einem mit einer Dichtschneide der Kühlrohre diese Ringkammer (32) mit ihrem ge- versehenen Tragkranz abgestützt, der einen Bestandaxial durchsetzt und ins teil der oberen, sich an den Kunststoffmantel dichtend

anschließenden metallischen Tiegelumkleidung bildet.
Um gegebenenfalls sowohl Einschmelzen als auch Whl b Übhit d di Shl

rundeten Endabschnitt

Freie mündet.
3. Vakuuminduktionsofen nach Anspruch 2, da- gg

durch gekennzeichnet, daß innerhalb der oberen 50 nur Warmhalten bzw. Überhitzen oder die Schmelze Ringkammer (22) Luftleit- und -trennbleche (29, 30) wahlweise behandeln, z. B. entgasen, zu können, ohne

für diese verschiedenen Zwecke komplette Ofenanlagen bereithalten zu müssen, ist es in Gießereien be-

vorgesehen sind, die die Mündungen von jeweils iwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Kühlrohren (21 bzw. 21a) mit Bezug auf d«.n Strom d

kannt, die Ofenanlagen in der Weise aufzuteilen, daß

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des gasförmigen Kühlmediums miteinander verbin- 55 einem stationären Ofenteil, der außer dem tragenden d dki Hiiih

4. Vakuuminduktionsofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß für das gasförmige Kühlmedium (28) von unten her axial in die untere Ring^ammer (27) mündet.

5. Vakuuminduktionsofen nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb der Induktionsspule (10) sowie der Magnetjoche (9) angeordnete, gegenüber dem Boden (18a) des Tiegels Ofengestell hauptsächlich die induktive Heizeinrichtung umfaßt, mehrere gegeneinander austauschbare, für sich transportfähige Schmelzgulgefäße zugeordnet sind, die in das stationäre Ofengestell auswechselbar eingesetzt werden. Da die Schmelzgutgefäße in Form von Gießpfannen, Tiegeln od. dgl. teils mit Rücksicht auf die hohe Schmelztemperatur der Metalle und teils mit Rücksicht auf die unmittelbare induktive Erwärmung mittels der Spule aus keramischen Stampfmassen

(18) durch das Mauerwerk (24) isolierte i .denkon- 65 bestehen, ist es dabei sowohl notwendig als auch üblich,

struktion (26) eine radial nach außen übe stehende, aus Stahl bestehende Tragplatte (25) aufweist, die auf ihrer Unterseite innerhalb einer Ringnut mit sie außen z. B. durch ein kühlmittelbeaufschlagtes Flachrohrgerippe zu armieren, das sowohl die mechanischen Kräfte beim Transport aufnimmt als sie auch ge-

«en Beschädigungen beim Transport schützt

Eine solche Aufgliederung der Ofenanlagen ist auch bereits bei Vakuuminduktionsöfen bekannt (USA.-PS 3177 282). Auch dabei bildet die gasdichte Tiegelumkleidung in Fonn eines mehrgliedrig Zusammengesetz- !en, gegebenenfalls wassergekühlten Metallmantels rinen festen, d. h. unlösbaren. Bestandteil des auswechselbaren Tiegels.

Die Übertragung dieses Prinzips auf die gattungsgeroäßen Vakuuminduktionsöfen mit einer gasdirhten Tiegelumkleidung in Form eines Kunststoffmantels stößt deswegen auf Schwierigkeiten, weil dieser gegenüber äußeren Stoß- und Schlagbeanspruchungen sehr empfindlich ist zumal er mit Rücksicht auf die begrenzte Eindringtiefe, insbesondere bei Netzfrequenzbetrieb, möglichst dünnwandig sein muß. Die beim Transport des auswechselbaren Tiegels unvermeidlich auftretenden mechanischen Beanspruchungen führen daher leicht zu Beschädigungen des Kunststoffmantels, die dessen Undichtheit und davon herrührende Beeinträchtigungen des Vakuumbetriebes zur Folge haben können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das PHn »p der Aufgliederung des Ofens in je einen stationären und einen auswechselbaren Teil ohne Inkaufnahme der beschriebenen Nachteile auch für den gattungsgemä-Jen Vakuuminduktionsofen nutzbar zu machen und die Teile dabei so zu trennen, daß der Tiegel ohne Beeinträchtigung eines einwandfreien Vakuumbetriebes jederzeit leicht ausgewechselt, d. h. gegen einen anderen ausgetauscht, und beim Transport außerhalb des Ofen-•estells zugleich gefahrlos gehandhabt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die Erfindung, ausgehend von dem gattungsgemäßen Vakuuminduktionsofen, dadurch, daß der Tiegel auswechselbar in dem tragenden Ofengestell verlagert ist, wobei der gasdichte Kunststoffmantel sowie der die Dichthaube abstützende obere Tragkranz Bestandteile des stationären Ofengestells sind und daß die zugleich der äußeren Armierung des auswechselbaren Tiegels dienenden Kühlrohre an ihrem oberen, über das Ofengestell hinausragenden Ende mit ihren stirnseitigen Öffnungen fest an eine den Oberteil des Tiegels umge-¹» nde, geschlossene Ringkammer für das Kühlmedium „geschlossen sind, während sie an ihrem mteren Ende fest mit einer Bodenkonstruktion verbunden sind, die ihrerseits dicht» nd auf einem radial nach innen vorspringenden unteren Tragkranz des Ofengestells abgestützt ist.

Die erfindungsgemäße Aufgliederung des stationaren und auswechselbaren Teils hat zunächst den wesentlichen Vorteil, daß der gegenüber mechanischen Beanspruchungen äußerst empfindliche gasdichte Kunststoffmantel, der bevorzugt aus glasfaserverstärktem Kunstharz besteht, einen festen Bestandteil des tragenden Ofengestells bildet und mithin nicht der Gefahr ausgesetzt ist, beim Transport des Tiegels durch Anstoßen od. dgl. beschädigt und dadurch vorzeitig in seiner Wirksamkeit beeinträchtigt zu werden. Obschon die dem Tiegel fest zugeordneten Kühlrohre eigens nur dem Zweck dienen, den wärmeempfindlichen Kunststoffmantel zu kühlen und ihn auf diese Weise überhaupt verwendbar zu machen, ist die erfindungsgemäß vorgesehene Trennung der Teile längs der Fuge zwischen den Kühlrohren des Tiegels und dem Kunststoffmantel auf der anderen Seite kein Nachteil, sondern deswegen ein Vorteil, weil auf diese Weise auf eine Kühlung des Kunststoffmantels während des Transports des mit dem schmelzflüssigen Metall gefüllten Tiegels verzichtet werden kann. Bildete der Kunststoffmantel einen festen Bestandteil des Tiegels, müßten die Kühlrohre mit Rücksicht auf die hohe Wärmeabstrahlung des Tiegels auch während des Transportes zum Schütze des Kunststoffmantels unter Inkaufnahme des damit verbundenen lästigen Aufwandes ständig an das Kühlmedium angeschlossen bleiben.

Da die Dichthaube zum Zwecke des Transportes, der Zustellung oder der Beschickung des Tiegels in der Regel ohnehin abgenommen werden muß, bildet es bei der erfindungsgemäßen Lösung keinen Nachteil, daß auch die den oberen vakuumdichten Abschluß des Tiegels bildende Dichthaube im Betriebszustand nunmehr von dem den Bestandteil des stationären Ofengestells bildenden oberen Tragkranz getragen wird.

Um zu verhindern, daß insbesondere beim Einstampfen der keramischen Tiegelzustellung Teile der Stampfmasse nach außen dringen, ist zwischen der Außenwand des Tiegels und den Kühlrohren eine zugleich abdichtend gegenüber der keramischen Stampfmasse wirkende Wärmeisolierung angeordnet, wobei die bevorzugt aus austenitischem Stahl bestehenden Kühlrohre in Umfangsrichtung zugleich so eng aneinanderliegen. daß zwischen ihnen nur schmale Schlitze verbleiben. Die auf diese Weise geschaffene Armierung ist wirksam genug, den im übrigen nur aus der empfindlichen Stampfmasse bestehenden Tiegel gefahrlos transportieren zu können, da sie imstande ist, alle wesentlichen mechanischen Beanspruchungen aufzunehmen, ohne sie auf das empfindliche Tiegelgsfäß selbst zu übertragen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dient die obere Ringkammer des Tiegels als Umlenkkammer, wobei innerhalb der unteren Bodenkonstruktion eine als Verteilerkammer dienende zweite Ringkammer vorgesehen ist, in welche die Hälfte der Kühlrohre eingeschweißt ist. während die andere Hälfte der Kühlrohre diese Ringkammer mit ihrem gerundeten Endabschnitt axial durchsetzt und ins Freie mündet. Dabei sind innerhalb der oberen Ringkammer zweckmäßig Luftleit- und -trennbleche vorgesehen, die die Mündungen von jeweils zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Kühlrohren mit Bezug auf den Kühlluftstrom miteinander verbinden. Der Kühlluftanschluß mündet in diesem Falle vorteilhaft von unten her axial in die untere Ringkammer.

Um den Tiegel leicht in das stationäre Ofengestell einsetzen und dabei zugleich zentrieren zu können, ist der untere Längenabschnitt des Tiegels zweckmäßig konisch verjüngt. Dabei ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zweckmäßig, wenn die unterhalb der Induktionsspule sowie der Magnetjoche angeordnete, gegenüber dem Boden des Tiegels durch das Mauerwerk isolierte Bodenkonstruktion eine radial nach außen überstehende, aus Stahl bestehende Tragplatte aufweist, die auf ihrer Unterseite innerhalb einer Ringnut mit einer nachgiebigen Dichtung versehen ist, mittels welcher sie auf einer entsprechenden ringförmigen Dichtschneide des radial naich innen vorkragenden Tragkranzes des Olengcstells dichtend abgestützt ist. Vorteilhaft sind dabei am Ofeng;estell unterhalb der Bodenkonstruktion des Tiegels mit dieser zusammenwirkende nachstellbare Zughaken vorgesehen, mittels welcher der Tiegel nach dem Einsetzen in das Ofengestell in dichtender Anpressung an die Dichtschneide des unteren Tragkranzes festgehalten wird.

Die für den vakuumdichte!! Abschluß notwendige

zweite Abdichtung bewirkt die auf dem oberen Tragkranz des Ofengestells in bekannter Weise abgestützte, abnehmbare Dichthaube. Sobald diese nach dem Einsetzen des Tiegels in das Ofengestell aufgesetzt ist, ist der Tiegel nach außen vakuumfest abgeschlossen. Die an eine Saugpumpe bzw. an einen Vakuumerzeuger angeschlossene Absaugleitung mündet zweckmäßig entweder unmittelbar in der Dichthaube oder in an sich bekannter Weise von unten her in dem Ringraum zwischen dem feuerfesten Deckel und der diesen übergreifenden Dichthaube, so daß sie während der Entgasung mittelbar am Schmelzgutgefäß angeschlossen ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Vorrichtung im Betriebszustand im axialen Längsschnitt und

Fig.2 einen Längsschnitt durch das Kühlrohr-System im Ausschnitt und vergrößertem Maßstab.

In der Zeichnung sind das stationäre Ofengestell generell mit 1 und der auswechselbar in diesem gelagerte Einsatzkörper generell mit 2 bezeichnet.

Das stationäre Ofengestell 1 besteht aus einer im Querschnitt im wesentlichen kreisrund ausgebildeten Profilstahl-Konstruktion, die sich einerseits aus einer das Untergestell bildenden Rahmenkonstruktion 3 sowie aus einer diese oben abdeckenden Tragplatte 4 und andererseits aus auf der Tragplatte 4 abgestützten, vertikal angeordneten rohrförmigen Tragsäulen 5 zusammensetzt, die an ihrem oberen Ende ebenfalls eine Tragplatte 6 aufweisen. Die Tragsäulen 5 sind über den Umfang des Ofengestells im Abstand verteilt angeordnet und tragen in ihrem mittleren Längenbereich je einen U-Eisenring 7, an denen mittels Stegblechen 8 die gleichfalls über den Umfang verteilt angeordneten Magnetjoche 9 aus lamellierten Eisenblechpaketen angebracht sind. Zwischen den U-Schenkeln der Magnetjoche ist unter Zwischenschaltung einer Wärmeisolationsschicht die wassergekühlte Induktionsspule fO eingespannt

Weiterhin zum stationären Ofengestell I gehört ein gasdichter Mantel 11 aus glasfaserverstärktem Kunstharz, der an seinem oberen und unteren Ende durch je eine nachstellbare Stopfbuchsendichtung 12 bzw. 13 gehalten ist von denen der obere Stopfbuchsenring am oberen Ende an der Unterseite der oberen Tragplatte 6 und der untere Stopfbuchsenring der Stopfbuchsendichtung 13 auf der Oberseite der unteren Tragplatte 4 festgeschweißt ist Beide liegen außerhalb des Streufeldes der Spule und können daher als geschlossene Stahlringe ausgebildet sein. Es ist wesentlich, daß der gas- so dichte Kunststoffmantel 11 nicht unmittelbar an der In nenseite der Spate IQ oder den Jochetsen 9 anliegt Um eine zu hohe thche Beanspruchung za verhindern, befindet er sich von beiden zu einem geringen, aber ausreichenden radialen Abstand.

Zum stationären Ofengestell gehört außerdem eine ringförmige Dichtschneide 14, die einen festen Bestandteil der oberen Tragplatte 6 bildet und zu dieser durch ein aufgeschs U-Eisen 15 distanziert ist. Auf dieser ringförmig ausgebildeten Dichtschneide 14 ist die abnehmbare Dtchthaubc 16 mittels eines in einer Ringnut vorgesehenen Didunnges 17 aus nachgiebigem und möglichst hitzebeständigem Werkstoff abgestützt.

Der im stationären OfengesteS 1 ausechselbar ge- lagerte Einsatzkörper 2 besteht aes dem Tiegel «.dessen Stampfmasse 19 unmittelbar gegen eine den Tiegel außen umgebende Wärmeisolationsschicht 20 gc stampft ist Die Wärmeisolationsschicht 20 ist außenseitig durch vertikal ausgerichtete und in Umfangsrichtung nur durch schmale Spalte voneinander getrennte Kühlrohre 2t abgestützt, die einen wesentlichen Teil der Armierung des Tiegels 18 bilden und im Betriebszustand die Kühlung des äußeren Kunststoffmantels 11 bewirken.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, weisen die Kühlrohre 21 aus austenitischem Stahl auf dem wesentlichen Teil ihrer Länge einen abgeflachten Ovalquerschnitt auf, wobei sie mit ihren oberen Mündungen stirnseitig in entsprechende öffnungen einer Ringkammer 22 eingeschweißt sind, die zusätzlich zur Umfangsarmierung des Tiegels im oberen Endbereich dient. Zu diesem Zweck sowie zur vakuumfesten Umschließung des Tiegels in diesem oberen Endbereich dienen entsprechend hoch gezogene Teile 22a und 226 der aus Stahlblech zusammengeschweißten Ringkammer 22, wobei der hoch gezogene Teil 22i> zugleich die Gießschnauze 23 stützt.

Am unteren Ende ist der Tiegel 18 zu seinem Boden 18a hin konisch verjüngt Entsprechend sind auch die ihn außen umschließenden Kühlrohre 21 radial nach innen eingezogen, wobei sie zugleich zu ihrem unteren Ende hin in einen kreisrunden Querschnitt übergehen. In diesem Bereich tragen die Kühlrohre 21 den unteren Endabschnitt des Tiegels 18 auch radial, während der Tiegelboden 18a axial durch ein wärmeisolierendes Mauerwerk 24 abgestützt ist das seinerseits auf einer Tragplatte 25 aus Stahlblech ruht die einen Bestandteil einer entsprechend versteiften Bodenkonstruktion bildet die generell mit 26 bezeichnet ist Die Bodenkonstruktion 26 umfaßt zugleich eine untere Ringkammer 27. in die axial von unten her die Anschlußleitung 28 eines in der Zeichnung nicht veranschaulichten Kühlluftgebläses mündet.

Wie aus Fi g. 1 ersichtlich ist. ist ein Teil der Kühlrohre 21 mit der kreisrunden Mündung von oben in eine entsprechende Öffnung der Ringkammer 27 eingeschweißt während der andere Teil der Kühlrohre 21 (vgl. F i g. 1, linke Seite) die untere Ringkammer 27 axial durchsetzt, so daß das gasförmige Kühlmedium, insbesondere Kühlluft dort nach unten ins Freie austrc ten kann. Auch die die Ringkammer 27 axial durchsetzenden Kühlrohre sind mit der Ringkammer verschweißt.

Im einzelnen ist die Anordnungsweise. Ausbildung und Schaltung der Rohre in F i g. 2 veranschaulicht. Danach ist jeweils ein Paar in Umfangsrichtung aufeinanderfolgender Kühlrohre 21, 21a in der oberen Ringkammer 22 durch Leit- und Trennbleche 29 bzw. 30 se geschaltet daß beide Rohre jedes Paares hintereman der vom gasförmigen Kühlmedium, insbesondere Kühl hif t durchströmt werden.

Wie aus F i g. 1 weiter hervorgeht ist die Tragplatu 25 der Bodenkonstraktion 26 radial verbreitert und ai ihrem unteren Ende innerhalb einer umlaufenden Ring nut mit einer nachgiebigen Dichtung 31 versehen, dii sich ihrerseits dichtend auf einer gleichfalls ringförmi gen Dichtschneide 32 abstützt die Bestandteil eine nach innen vorkragenden Tragkranzes 33 der Tragplai te 4 des unteren Gestetttefts bidet

Um Undichtigkeiten an dieser Stelle durch Erschüi terungen zu ei tanem, die während des Betriebes vo dem sich heftig egenen Schmelzbad ausgehei sind si« lintergestefl 3 des stationären Ofentefls f< dernde Zughaken 34 vorgesehen, die an der Bodenkoi struktion angreifen und diese bzw. den damit starr ve

bundenen Einsatzkörper dadurch in dichtender Anpressung festhalten. Die Zughaken sind nachstellbar, um die dichtende Anpressung auf das gewünschte Maß einstellen und erforderlichenfalls regulieren zu können.

Die obere öffnung des Tiegels 18 ist zentrisch durch einen feuerfesten Deckel 35 verschlossen, der in bekannter Weise mit einer öffnung 36, insbesondere zum Zweck der Beobachtung der Schmelze, versehen ist.

Die in der Zeichnung nicht dargestellte Absaugeleitung kann entweder unmittelbar an die Dichthaube 16

oder, bevorzugt, so angeschlossen sein, daß sie von unten her in den sichelförmigen Ringraum mündet, der etwa in Höhe des oberen Tiegelrandes einerseits durch die Dichlhaube 16 und andererseits durch den äußeren 5 oberen Rand des Tiegels 18 gebildet ist. Da die Mündung der Vakuumleitungen dabei seitlich versetzt zur Gießschnauze 23 in den genannten Sichelraum mündet ist sie aus der Darstellung gemäß F i g. 1 nicht ersieht lieh.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Vakuuminduktionsofen für die Beheizung und Behandlung metallischer Schmelzen, bei welchem die am tragenden Ofengestell abgestützte Induktionsspule außerhalb des Vakuums liegt und zwischen Induktionsspule und Tiegel ein Kunststoffmantel angeordnet ist, der den Ober- und Unterteil des Ofens unter Verwendung von Dichtungselementen gasdicht verbindet, wobei der Kunststoffmantel innenseitig durch ein von einem gasförmigen Kühlmedium, insbesondere Luft, durchströmtes Kühlrohrsystem gekühlt ist, dessen aus unmagnetischem Werkstoff bestehende Kühlrohre auf dem wesentlichen Teil ihrer Länge einen abgeflachten Ovalquerschnitt aufweisen, und bei welcher.» der aus keramischer, feuerfester Masse bestehende Tiegel außer durch einen feuerfest zugestellten Deckel zueiner nachgiebigen Dichtung (31) versehen ist, mit tels welcher sie auf einer entsprechenden ringförmi gen Dichtschneide (32) des radial nach innen vor kragenden Tragkranzes (33) des Ofengestells (1 dichtend abgestützt ist

   6. Vakuuminduktionsofen nach Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, daß am Ofengestell (1) un terhalb der Bodenkonstruktion <26) des Tiegels (18 mit dieser zusammenwirkende nachstellbare Zugha ken (34) vorgesehen sind, mittels welcher der Tiege (IS) in dichtender Anpressung an die Dichtschneidi (32) des Tragkranzes (33) festgehalten ist