DE2707726A1

DE2707726A1 - Vorrichtung zum trennen einer mischung aus komponenten, insbesondere schmelzfluessiger metalle, metallverbindungen und/oder metallhaltiger schlacke in einem fliehkraftfeld

Info

Publication number: DE2707726A1
Application number: DE19772707726
Authority: DE
Inventors: Willy Jakobs; Alfred Kryczun; Friedrich Megerle
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1977-02-23
Filing date: 1977-02-23
Publication date: 1978-08-31
Also published as: PL110824B1; US4170344A; JPS53105767A; BE864276A; PL204825A1; FI780322A

Description

Anlage zum Patentgesuch der H 77/8 Klöckner-Humboldt-Deutz _. _ .

Aktiengesellschaft 5 ^ür/lcl

vom 8. Februar 1977

Vorrichtung zum Trennen einer Mischung aus Komponenten, insbesondere schmelzflUssiger Metalle, Metallverbindungen und/oder metallhaltiger Schlacke in einem Fliehkraftfeld

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen einer Mischung aus Komponenten, insbesondere schmelzflüssiger Metalle, Metallverbindungen und/oder metallhaltiger Schlacke in einem Fliehkraftfeld mit einem Zentrifugenkörper in kardanischer Aufhängung.

Es sind bereits Metallzentrifugen bekannt, bei welchen der Zentrifugenkörper mittels eines Kardangelenkes hängend angeordnet ist.

Bei einer solchen, beispielsweise aus der DOS 25 18 796 bekannt gewordenen Metallzentrifuge wird das Aufgabegut von oben her durch einen in das Innere der rotierenden Hohlachse hineinragenden stationären Aufgabetrichter in den Zentrifugenkörper eingeführt. Das flüssige Gut, beispielsweise schmelzflüssige Metallschlacke, wird durch eine mitrotierende Umlenkvorrichtung zu den Wandbereichen des Schleudergefäßes umgelenkt und gleichzeitig in Drehrichtung beschleunigt. Austragsöffnungen für die separierten Gutkomponenten befinden

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KHD - X- ς Η 77/8

sich am unteren Ende des glockenförmigen Zentrifugenkörpers.

Bei einer Metallzentrifuge dieser bekannten Gattung ergeben sich in der Praxis Schwierigkeiten bezüglich der notwendigen, absolut gleichmäßigen Chargierung des Aufgabegutes. Denn das flüssige Metall/Schlackengemisch muß von oben her beispielsweise aus einer Gießpfanne eingeschüttet werden. Hinzu kommt, daß das Gut auf die Umlenkvorrichtung im Inneren des Zentrifugenkörpers mit viel zu hoher Wucht auftritt. Außerdem hat sich die Notwendigkeit herausgestellt, die bekannte Zentrifuge, insbesondere im Austragsbereich gasdicht zu verkleiden oder zumindest mit einem inerten oder reduzierenden Gas zu fahren, um einerReoxydation der abgeschleuderten heißen Metallpartikeln vorzubeugen.

Es besteht daher in der Praxis des Hüttenbetriebes das Bedürfnis, eine Metallzentrifuge derart auszubilden und anzuordnen, daß diese ohne Zuhilfenahme von Chargiervorrichtungen oder umständlichen Chargierverfahren geeignet ist, in ein Bad von flüssigem Metall respective Metall/Schlacke-Gemischen eingetaucht zu werden, beispielsweise in einer vorhandenen Gießpfanne, und damit die Zentrifuge den besonderen, in Hüttenbetrieben vorliegenden Betriebsverhältnisse ohne zusätzliche Einrichtungen anzupassen.

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KHD H 77/8

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß der Zentrifugenkörper in seinem unteren Bereich eine konzentrische Öffnung aufweist, welche derart angeordnet ist, daß sie unter den Flüssigkeitsspiegel des zu trennenden Gutes taucht, und im oberen Bereich öffnungen zum Abschleudern der getrennten Komponenten aufweist, deren Abstand von der Rotationsachse größer ist als der Halbmesser der konzentrischen öffnung. Damit ist eine aufwärtsgerichtete Schichtenströmung des Schleudergutes gewährleistet.

Bei einer zweckmäßigen Gestaltung der Vorrichtung weist der Zentrifugenkörper eine zentrale Hohlwelle auf.

Hierbei kann die Hohlwelle im unteren Bereich des Zentrifugenkörpers als Tauchrohr ausgebildet sein. Bei dieser Gestaltung ist es vorteilhaft, wenn die Hohlwelle mindestens im Bereich des Tauchrohres von einem Kühlmantel umgeben ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, daß die Hohlwelle einen Stützkorb aufweist, welcher den Zentrifugenkörper trägt.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn auch der Stützkorb mindestens

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- JtT- H 77/8

größtenteils von einem Kühlmantel umgeben ist.

Dabei kann zweckmäßig von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß der Zentrifugenkörper mindestens zum Teil als Kühlmantel ausgebildet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Anordnung sieht weiter vor, daß die von Kühlmänteln umschlossenen Räume an Zu- und Ableitungen für ein Kühlmittel angeschlossen sind.

Dabei ist vorgesehen, daß das Tauchrohr mit dem Inneren des Zentrifugenkörpers durch Kanäle in Verbindung steht, welche zweckmäßig annähernd radial verlaufen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Führung des Kühlmediums in einer Weise erfolgt, daß das Kühlmedium im Eintauchbereich des Zentrifugenkörpers Wärme aufnimmt und diese mindestens teilweise auf die vom Schleudergut berührten Wandbereiche des Zentrifugenkörpers überträgt.

Hierdurch werden Ansätze an der Wand der Schleudertrommel vermieden.

Eine unkomplizierte AlternativausfUhrung der Metallzentrifuge nach der Erfindung sieht andererseits vor, daß der Zentrifugenkörper ein von unten nach oben sich erweitender Hohlkörper ist.

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KHD -Sf- H 77/8

Zweckmäßig weist dabei die Öffnung des Zentrifugenkörpers im Eintauchbereich einen nach innen gezogenen Kragen auf.

Weiterhin kann innerhalb der Öffnung des Zentrifugenkörpers im Eintauchbereich ein Strömungsleitkörper angeordnet sein.

Sowohl der nach innen gezogene Kragen als auch der Strömungslei tkörper ergeben dabei die vorteilhafte Wirkung, daß das Ansaugvermögeη der Metallzentrifuge, selbst bei geringer Eintauchtiefe in das Metallbad, wesentlich verbessert wird.

Dabei kann mit Rücksicht auf die hohen Beanspruchungen des Zentrifugenmundstückes mit Vorteil die Maßnahme getroffen sein, daß der Zentrifugenkörper im Eintauchbereich mit einem Mundstück aus wärmebeständigem, korrosionsbeständigem, sowie abrasionsbeständigem, vorzugsweise keramischem Werkstoff ausgestattet ist. Ein solches Mundstück kann beispielsweise ein Graphitformling oder ein Formstück aus gesintertem, resistentem Metalloxyd sein, oder aus anderem ähnlichem Material bestehen.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Zentrifugenkörpers ergibt sich schließlich dadurch, daß dieser aus mehreren Schichten zusammengesetzt ist, wobei eine innere Schicht aus einem

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wärme- und korosionsbestandigen Werkstoff besteht, welche innere Schicht von einer Isolier- und Stützschicht umgeben ist, die sich gegen einen äußeren, die radialen Kräfte aufnehmenden Mantel abstützt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch veranschaulicht.
Es zeigt:

Fig. 1 Eine Ausführungsform der Zentrifuge mit Hohlwelle, im Schnitt.

Fig. 2 Eine andere Ausführungsform der Zentrifuge mit

einem von unten nach oben sich erweiternden Hohlkörper, ebenfalls im Schnitt.

Fig. 3 Den unteren Teil des Zentrifugenkörpers mit Mundstück im Detail, ebenfalls im Schnitt.

An einem vertikal und horizontal verstellbaren Auslegerarm 1 ist der Antrieb 2 sowie die kardanische Aufhängung und Lagerung 3 einer Hohlwelle 4 für die Zentrifuge 5 angeordnet. Der Zentrifugenkörper 6, welcher aus einem warmfesten, korrosionsbeständigen und gegen Abrasion unempfindlichen Sonderwerksbff hergestellt ist, umgibt die Hohlwelle 4 und den von dieser Hohlwelle getragenen Stützkorb 7 in Form eines Doppel-

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mantels 8 als Kühlmantel. Die Hohlwelle 4 ist im unteren Bereich 9 als Tauchrohr 10 ausgebildet, welches mit der konzentrischen Öffnung 41 in das Metallbad 11 unterhalb des Badspiegels 12 eintaucht. Das schmelzflüssige Metallbad 11, welches sich beispielsweise in einer Gießpfanne 13 befindet, möge aus einem Gemisch von 98,5 % Schlacke und 1,5 % Metall bestehen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel aus einer weiten Skala von Anwendungsfällen.

Der als Tauchrohr 10 ausgebildete untere Bereich 9 der Hohlwelle 4 ist, ähnlich dem Stützkorb 7, von einem Doppelmantel als Kühlmantel umgeben. Die Zwischenräume 15 bzw. 16 zwischen der Hohlwelle 4 und dem Kühlmantel 8 respective 14 dienender Hindurchführung eines Kühlmittels. Im vorliegenden Falle wird als Kühlmittel Luft verwendet, welche mittels einer Preßluftleitung 17 in eine Bohrung 18 in den oberen Teil der Hohlwelle 4 eingeleitet wird. Die Kühlluft tritt an der Stelle 19 in den Zwischenraum zwischen dem inneren Kühlmantelteil 20 und der Hohlwelle 4 ein, wird am unteren Ende 21 der Hohlwelle 4 nach oben umgelenkt, durchströmt den Zwischenraum 16 zwischen dem äußeren Kühlmantel 22 und der Hohlwelle 4 sowie dem Stützkorb 7, tritt durch die öffnungen 23 in der Peripherie des Stützkorbes 7 in den inneren Zwischenraum 15 zwischen dem Kühlmantel 8 und dem Stützkorb 7, strömt an den inneren Wandbereichen des Zentrifugenkörpers 6 entlang, und schließlich

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durch den Zwischenraum 24 zwischen Hohlwelle 4 und Kühlmantel 25 an der Stelle 26 aus dem Kühlsystem heraus.

Dabei wird die an der Stelle 19 eintretende Kühlluft auf ihrem Wege um das untere Ende 21 der Hohlwelle 4 bis dicht unterhalb der öffnungen 23 an den vom Metallbad benetzten Wandbereichen des Kühlmantels 14} 22 aufgeheizt. Die angewärmte Kühlluft wirkt dabei als Heizmedium, indem sie Wärme an die inneren Wandbereiche des Zentrifugenkörpers 6 abgibt und diese ihrerseits damit aufheizt. Dies ist wichtig, weil dadurch sichergestellt ist, daß den inneren Wandbereichen des Zentrifugenkörpers 6 genügend Wärme zugeführt wird, um die Bildung von Erstarrungskrusten, beispielsweise auch im Stillstand der Zentrifuge, zu verhindern. Die Eintauchtiefe der Zentrifuge in das schmelzflüssige Bad 11 ist mit T bezeichnet.

Die weitere Darstellung in Fig. 1 zeigt in an sich bekannter Weise die funktionelle Ausbildung der Metallzentrifuge mit den öffnungen 27 zum Abschleudern der leichten Komponente sowie mit dem Schleuderkragen 28 zum Austragen der schweren Komponente, welche von der Auffangrinne 29 aufgenommen wird, wogegen für die leichte Komponente eine Spritzschutzwand 30 angeordnet ist.

Auch diese Ausführung ist lediglich beispielhaft zu verstehen und veranschaulicht nur das Punktionsprinzip der Erfindung.

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Dabei muß jedoch als Voraussetzung für die Punktion der Tauchzentrifuge die prinzipielle Forderung erfüllt sein, daß der Abstand E der Öffnungen 27 und 28 von der Rotationsachse R größer ist, als der Halbmesser H der zentralen öffnung 41.

Im Betrieb wird die Zentrifuge 5 mit dem Auslegerarm 1, welcher zum Beispiel auf einem nicht dargestellten Fahrgestell montiert sein kann, an die Gießpfanne 13 herangefahren und mit dem Tauchrohr 10 unter den Badspiegel 12 des Metallbades 11 absenkt. Bei dieser Aktion ist die Zentrifuge 5 normalerweise in Ruhestellung. Nachdem sie ihre Arbeitsstellung im Metallbad erreicht hat, wird Preßluft durch die Leitung 17 zugeführt, welche als Kühlluft an der Stelle 19 eintritt und auf dem beschriebenen Weg um das untere Ende 21 der Hohlwelle 4 herum durch die Zwischenräume 16, 15 zwischen den Kühlmantelbereichen 14, 22, 8 sowie der Hohlwelle 4 und dem Stützkorb 7 hindurchströmt· Dabei erwärmt sich die Luft, kühlt die Wandbereiche des Tauchrohres und heizt die inneren Wandbereiche des Zentrifugenkörpers 6 auf.

Beim Eintauchen derrZentrifuge 5 fließt Gut durch die konzentrische öffnung 41 in das Tauchrohr 10, in dessen Innenraum 31 es bis in die Höhe des Badspiegels 12 steigt· Dadurch werden die Kanäle 32, welche den Innenraum 31 des Tauchrohres 10 mit dem Zentrifugenkörper 6 verbinden, geflutet und lassen Gut in das

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AH KHD

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Innere des Zentrifugenkörpers 6 eintreten. Zuvor war - wie bereits erwähnt - der Zentrifugenkörper 6 durch Hindurchleiten des Kühlmittels auf eine nur wenig unter der Temperatur des Metallbades 11 liegende Betriebstemperatur aufgeheizt worden. Nunmehr wird die Zentrifuge mit Hilfe des Antriebes 2 in Rotationsbewegung versetzt, und dadurch die Separationswirkung in an sich bekannter Weise ausgelöst·

Durch nicht näher dargestellte, dem Fachmann jedoch ohne weiteres geläufige Mittel ist es möglich, die richtige Dosierung des zulaufenden Schleudergutes herbeizuführen. Beispielsweise geschieht dies durch mehr oder weniger tiefes Eintauchen der Zentrifuge in das Metallbad. Auch kann mit Xnderung von Durchmessern beispielsweise der zentralen Öffnung 41, respektive der öffnungen 27 und 28, die Zulaufdosierung beeinflußt werden. Weiter kann, wie in vorliegendem Ausführungsbeispiel gezeigt, das Innere 31 des Tauchrohres 10 eine konische Verjüngung von unten nach oben aufweisen, wodurch der Guteinlauf im Schwerefeld gebremst wird.

Eine andere Ausführung der Metallzentrifuge zeigt Fig. 2. Der Zentrifugenkörper 6 ist dabei als Hohlkörper ausgebildet, welcher sich von seinem unteren Bereich 33 bis hin zum oberen Bereich 34 konisch erweitert. Im unteren Bereich 33 des Zentrifugenkörpers 6 befindet sich zum Eintauchen in das Metallbad 11

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die konzentrische Öffnung 41. Ira oberen Bereich 34 sind in an sich bekannter Art und Weise die beiden Staukrägen 35 und 36 angeordnet, welche das Schleudergut stauen und gleichzeitig Öffnungen zum Abschleudern der Schwer- und Leichtphase bilden.

Auch bei dieser Ausführung des Zentrifugenkörpers 6 muß eben-

B₁E'

falls die Bedingung erfüllt sein, daß der AbstandPürier öffnung 35, 36 zum Abschleudern einer der Phasen größer ist als der Halbmesser H der zentralen öffnung 41.

Die kardanische Lagerung 3 sowie der Antrieb 2 sind in der Figur rein schematisch angedeutet. Eine kurze Hohlwelle 4 trägt den hängend angeordneten Zentrifugenkörper 6. Im unteren Bereich 33 dieses Zentrifugenkörpers 6 erkennt man einen nach innen gezogenen Kragen^fö,. Ein Strömungsgleichrichter fy$_t beispielsweise in Form eines diagonal im Einlaufbereich angeordneten Blechstückes, befindet sich im Mundstück 37. Es dient der Drallbeschleunigung des eintretenden Gutes und unterstützt die Gutbewegung vom unteren Bereich 33 zum oberen Bereich 34, entgegen der Richtung der Schwerkraft. Beim vorliegenden Beispiel, einer vereinfachten Ausführung der Zentrifuge, benötigt diese daher nur eine sehr geringe Eintauchtiefe T" unter den Badspiegel 12.

Fig. 2 zeigt ferner den Aufbau des Zentrifugenkörpers 6 aus drei Schichten, nämlich aus einer wärmebeständigen, korrosion»·

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beständigen sowie abrasionsbeständigen inneren Schicht 38 aus Sonderwerkstoff umgeben von einer Isolierschicht 39, welche ihrerseits von einem Mantel 40 umschlossen ist, der die Aufgabe hat, die radialen Kräfte des gesamten Zentrifugensystemes abzufangen.

Fig. 3 zeigt im Detail den unteren Bereich 33 des Zentrifugenkörpers 6. Die Darstellung läßt erkennen, daß als Mundstück ein Formkörper 38, beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff, welcher jedoch nicht näher definiert ist, angesetzt wurde. Wichtig ist, daß ein solches Mundstück 37 aus einem Material besteht, welches gegenüber den hohen Beanspruchungen infolge Wärmeeinwirkung, Korrosion und Abrasion eine ausgesprochen gute Widerstandsfähigkeit aufweist. Mit 41 ist wiederum die zentrale öffnung bezeichnet, mittels welcher die Zentrifuge in das schmelzflüssige Metallbad eintaucht.

Die gezeigten und beschriebenen Beispiele sind lediglich Darstellungen von möglichen Ausführungen,welche jedoch hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung im Rahmen des fachlichen Ermessens variiert werden können. Solche und ähnliche Ausführungen fallen jedoch unter die Erfindung, sofern sie einem der folgenden Patentansprüche genügen.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

lJ Vorrichtung zum Trennen einer Mischung aus Komponenten, insbesondere schmelzflüssiger Metalle, Metallverbindungen und/oder metallhaltiger Schlacke in einem Fliehkraftfeld mit einem Zentrifugenkörper in kardanischer Aufhängung, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugenkörper (6) in seinem unteren Bereich (9, 33) eine konzentrische Öffnung (41) aufweist, welche derartig angeordnet ist, daß sie unter den Flüssigkeitsspiegel (12) des zu trennenden Gutes (11) taucht und im oberen Bereich (34) öffnungen (27, 28, 35, 36) zum Abschleudern der getrennten Komponenten aufweist, deren Abstand(E _tE'j von der Rotationsachse (R - R) größer ist als der Halbmesser(H) der konzentrischen Öffnung (41).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugenkörper (6) eine zentrale Hohlwelle (4) aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (4) im unteren Bereich (9) des Zentrifugenkörpers (6) als Tauchrohr (10) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (4) mindestens im Bereich des Tauchrohres (10) von einem Kühlmantel (14, 20, 22) umgeben ist.

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ORIGINAL INSPECTH)

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (4) einen Stützkorb (7) aufweist, welcher den Zentrifugenkörper (6) trägt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der StUtzkorb (7) mindestens größtenteils von einem Kühlmantel (8) umgeben ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugenkörper (6) mindestens zum Teil als Kühlmantel (8) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von Kühlmänteln (8, 14, 20, 22, 25) umschlossenen Räume (15, 16) an Zu- und Ableitungen (17, 26) für ein Kühlmittel angeschlossen sind.
9· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (10) mit dem Inneren des Zentrifugenkörpers (6) durch Kanäle (32) in Verbindung steht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle annähernd radial verlaufen.

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Kühlmediums in einer Weise erfolgt, daß das Kühlmedium im Eintauchbereich (T) des Zentrifugenkörpers (6) Wärme aufnimmt und diese mindestens teilweise auf die vom Schleudergut berührten Wandbereiche des Zentrifugenkörpers (6) überträgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugenkörper (6, Fig. 2) ein von unten nach oben sich erweiternder Hohlkörper ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (41) des Zentrifugenkörpers (6) im Eintauchbereich (T) einen nach innen gezogenen Kragen (42) aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Öffnung (41) des Zentrifugenkörpers (6) im Eintauchbereich (T) ein Strömungsleitkörper Cfö) angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugenkörper (6) im Eintauchbereich (T) mit einem Mundstück (37) aus wärmebeständigem, korrosionsbeständigem sowie abrasionsbeständigem, vorzugsweise keramischem Werkstoff ausgestattet ist.

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16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugenkörper (6) aus mehreren Schichten zusammengesetzt ist, wobei eine innere Schicht (38) aus einem Wärme- und korrosionsbeständigen Werkstoff besteht und von einer Isolier- und Stützschicht (39) umgeben ist, welche sich gegen einen äußeren, die radialen Kräfte aufnehmenden Mantel (40) abstützt.

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