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Die
Erfindung betrifft das Abstechen von Metallschmelze von Aluminium-Elektrolyseöfen.
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Fabriken
zum Erzeugen von Aluminium umfassen eine große Anzahl von Elektrolyseöfen oder -zellen,
die in den Ofenhäusern
Seite an Seite angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Zellen
ist minimal, um Platz zu sparen. Das Abstechen wird bewirkt, indem
die Metallschmelze von den Elektrolysezellen mittels einer Abstichröhre nach
oben in einen Abstichschmelztiegel gezogen wird, der nacheinander
in eine Abstichposition zwischen den Öfen mittels einer Transportvorrichtung
gebracht wird, die, nachdem ein Abstichvorgang beendet wurde, den Schmelztiegel
zu einer Gießerei
oder einem anderen Ort trägt,
was zum Entsorgen der Metallschmelze aus dem Schmelztiegel erforderlich
ist. Die Transportvorrichtung kann ein Kran, Lastwagen oder etwas ähnliches
sein, aber gegenwärtig
werden normalerweise speziell entworfene Abstichwagen verwendet,
wie etwa in den Druckschriften NO 132 774 und WO 8604839 beschrieben
ist. In allen Fällen
wird der Abstichschmelztiegel, der normalerweise einen kreiszylindrischen
Querschnitt aufweist, mit seiner longitudinalen Achse vertikal in
der Transportvorrichtung gehalten. Die obere Stirnwand des Schmelztiegels
weist die Form einer Klappe auf, die von dem darunter liegenden
Teil des Schmelztiegels entfernt werden kann und dem letztgenannten
ermöglicht, von
dem Wagen gehoben zu werden, z.B. zum Abkratzen von Schlacke, die
normalerweise von der Wand des Schmelztiegels durch Mittel eines
speziellen Fräswerkzeugs
entfernt wird.
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Es
besteht eine beständig
wachsende Nachfrage für
größere Abstichkapazitäten in modernen Aluminiumwerken.
Mit Abstichkapazität,
wie sie hier verwendet ist, ist die erzielbare Menge von Metallschmelze
in dem Schmelztiegel gemeint, die auch effektive Abstichmenge genannt
wird. Die Möglichkeiten
zum Erweitern der Kapazität
in solchen Werken sind jedoch sehr begrenzt. Da der engen Beabstandung
zwischen den Elektrolytzellen Tribut gezollt wird, ist z.B. die
Breite des Schmelztiegels und deswegen der Durchmesser des Abstichschmelztiegels ein
begrenzender Faktor. In der Praxis sollte deswegen der Außendurchmesser
des Schmelztiegels 2 Meter nicht überschreiten.
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Ein
weiterer begrenzender Faktor ist die Höhe der Metallsäule in dem
Schmelztiegel. Das Metall wird durch Mittel eines Vakuums bei einem
Absolutdruck von ungefähr
0,3 bar in den Schmelztiegel gezogen, was einen maximalen statischen
Saugkopf von ungefähr
3 Metern bedingt. Wegen dieser Einschränkungen kann der Aufbau von
herkömmlichen Abstichwagen/-schmelztiegeln
des voranstehenden Typs schwer über
ungefähr
3m3 erhöht
werden. In herkömmlichen
Entwürfen
von Abstichwagen für
verschiedene Schmelzwerke muss der Schmelztiegeldurchmesser und
die Schmelztiegelhöhe
an jedes individuelle Werk angepasst werden, was entsprechende Änderungen
des Entwurfs des Schmelztiegels, der Schmelztiegelummantelung, der
Schmelztiegelhalterung und des Abstichwagens selbst benötigt.
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Die
vorliegende Erfindung löst
das voranstehende Kapazitätsproblem
auf eine neue und überraschend
einfache Weise, genauer gesagt durch Anpassen des zylindrischen
Abstichschmelztiegels mit Zubehörteilen
in einer Art, die dem Schmelztiegel ermöglicht, in der Transportvorrichtung
gehalten zu werden, wobei sich die longitudinale Achse des Schmelztiegels
horizontal erstreckt, wie etwa in den anliegenden Patentansprüchen angegeben
ist, in denen die Vorrichtung gemäß der Erfindung definiert ist. Die
Länge des
Schmelztiegelwagens ist keine kritische Dimension wie die Höhe und die
Breite. Folglich kann, basierend auf dem Erfindungsprinzip, die
Länge des
Schmelztiegels und dadurch seine effektive Abstichmenge über das
hinaus erweitert werden, was praktisch mit herkömmlichen Schmelztiegelwagen
möglich
ist. Es ist eine realistische Möglichkeit, um
durch Verwenden der Lösung
gemäß der vorliegenden
Erfindung die maximale Schmelztiegelkapazität zu verdoppeln. Bei der Herstellung
von Schmelztiegelwagen für
Schmelzwerke, die verschiedene Kapazitätsanforderungen aufweisen, kann
der entsprechende Abstichwagen einfach ohne die Notwendigkeit einer
speziellen Anpassung der verbleibenden Teile des Schmelzwagens an
diese Anforderungen angepasst werden, indem die Länge des
Wagens und des Schmelztiegels entsprechend skaliert wird.
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Der
Schmelztiegel ist radial in zwei Teile geteilt, die lösbar durch
Mittel einer abgedichteten Flanschverbindung miteinander verbunden
sind, was dem Schmelztiegel ermöglicht,
in einem zerlegten Zustand mit getrennten Schmelztiegelteilen mit
im wesentlichen demselben Werkzeug, das für herkömmliche Schmelztiegel verwendet
wird, von Schlacke befreit zu werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Vorrichtung ermöglicht
die Halterungsstruktur, in der der Schmelztiegel horizontal gehalten
ist, dem Schmelztiegel, zusammen mit der Abstichröhre entlang
einer Rampe parallel zu der longitudinalen Achse der Abstichröhre versetzt
zu werden, während
er vorzugsweise auch dazu in der Lage ist, horizontal versetzt zu
werden. Dieses ermöglicht
eine schnelle Positionierung des Abstichwagens und der Abstichröhre in eine
Abstichposition relativ zu dem Ofen einfacher und unproblematischer
als es möglich
ist, wenn die herkömmliche
Technik verwendet wird.
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden von der folgenden
Beschreibung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen ersichtlich,
in denen einige Strukturteile in den entsprechenden Figuren zum
Zweck der Übersichtlichkeit
weggelassen wurden, während
einige andere, versteckte oder versetzte Teile lediglich mit dünnen Konturlinien angezeigt
sind.
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines Abstichwagens, der die erfindungsgemäße Vorrichtung trägt.
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2 zeigt
eine teilweise geschnittene Frontansicht eines Schmelztiegels der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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3 zeigt
eine Stirnansicht desselben Schmelztiegels.
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4 zeigt
eine Frontansicht des Schmelztiegels, der in einer Halterungsstruktur
aufgehangen ist.
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5 zeigt
eine Stirnansicht desselben.
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6 zeigt
eine Hinteransicht des Schmelztiegelwagens mit Schmelztiegel während einer
Positionierung, um Abstechen von einer Elektrolysezelle zu ermöglichen.
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7 und 8 zeigen
Ansichten wie in den 4 bzw. 6, wobei
aber der Schmelztiegel in einer geänderten Halterungsstruktur
verbunden mit einem Kran gehalten ist.
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Die
Erfindung ist dazu vorgesehen, in erster Linie in Verbindung mit
einer Transportvorrichtung in der Form eines speziell ausgelegten
Abstichwagens von im wesentlichen derselben Art wie der in den voranstehenden
Druckschriften NO 132 744 und WO 8604839 beschriebene verwendet
zu werden und sie wird deswegen in einer solchen Verbindung beschrieben.
Es sollte jedoch wahrgenommen werden, dass die Erfindung ebenfalls
in Verbindung mit anderen Transportvorrichtungen von Bedeutung ist,
wie nachfolgend vollständiger
beschrieben wird.
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Der
in 1 dargestellte Abstichwagen weist die Form eines
Automobilkraftfahrzeugs auf, das im allgemeinen einen Hauptrahmen 2 mit
Vorderrädern 4,
Hinterrädern 6,
einer Fahrerkabine 8, und einem Abstichschmelztiegel oder
-gießtiegel 10 umfasst,
der einen im wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt aufweist und in einer Halterungsstruktur 12 gehalten
ist, die fest mit dem Hauptrahmen 2 zwischen den Vorder-
und Hinterrädern
des Wagens verbunden ist. Auf dem Wagen ist ebenfalls eine Abstichröhre 14 drehbar
gehalten und dazu ausgelegt, mit einem im wesentlichen glockenförmigen Abstichkopf 16 verbunden
zu werden. Die Abstich- und Entsorgungsvorgänge werden auf eine allgemein
bekannte Weise durch Unterdruckmittel (Vakuum) und Überdruck
im Schmelztiegel 10 ausgeführt. Mittel zum Betreiben der
Abstich- und Entsorgungsvorgänge
sind normalerweise in der Fahrerkabine zusammen mit Betriebsmitteln
zum Kontrollieren der Bewegungen des Abstichwagens angeordnet. Insoweit
ist der Abstichwagen im allgemeinen gemäß herkömmlicher Abstichwagen von der
eingangs erwähnten
Art ausgeführt.
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Was
den erfindungsgemäßen Wagen
in erster Linie von dem Stand der Technik unterscheidet, ist die
Tatsache, dass der kreisförmig
zylindrische Schmelztiegel 10 so mit seiner Achse 20 (2)
gehalten ist, dass sie sich horizontal in der longitudinalen Richtung
des Wagens erstreckt, anstatt vertikal aufrecht, was zu den eingangs
erwähnten
Vorteilen führt.
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Eine
vorzuziehende Ausführungsform
eines Schmelztiegels 10, die dazu vorgesehen ist, horizontal
gemäß dem Erfindungsprinzip
gelagert zu werden, ist in den 2 und 3 dargestellt,
wobei die erstgenannte Figur außerdem
eine eingekreiste Detailansicht umfasst.
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Der
Schmelztiegel 10 besteht aus gestreckten, im wesentlichen
kreiszylindrischen Seitenwänden 22,
die zwei vorzugsweise im wesentlichen ebene Stirnwände 24 aufweisen.
Gemäß einem
vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist der Schmelztiegel 10 in
zwei Teile 10a, 10b entlang einer radialen Ebene
durch die Seitenwand 22 geteilt, in der die zwei Schmelztiegelteile 10a, 10b dichtend
miteinander verbunden sind, vorzugsweise mittels einer verbolzten
bzw. verschraubten Flanschverbindung 26, 28, die
mit Dichtungen 30, 32 versehen ist, die, durch
das Festziehen der Flanschbolzen bzw. -schrauben 36, fest
zwischen den Flanschteilen 26, 28 und den gegenüberliegenden
Oberflächen
der hitzebeständigen Verkleidung 34 des
Schmelztiegels zusammengedrückt
werden. Die Dichtungen 30, 32 können im
allgemeinen von der herkömmlichen
hitzebeständigen Art
sein, wie sie in herkömmlichen
Gießstrukturen verwendet
wird. Sollte in diesen Dichtungen ein Bruch auftreten, dann ruft
der lange gewundene Leckageweg von dem Innenraum des Schmelztiegels zu
seiner Außenseite
zusammen mit dem Kühlungseffekt
des massiven Stahlflansches offensichtlich hervor, dass die erste
Aussickerung der Schmelze abkühlt
und sich verfestigt, wodurch ein weiteres Aussickern verhindern
wird. Der Flansch ist genügend
massiv und fest hergestellt, um einigen (6–8) starken Bolzen bzw. Schrauben 36 zu
ermöglichen, die
Schmelztiegelteile zusammenzuhalten.
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Eines
der Schmelztiegelteile, vorzugsweise das vorderste (in bezug auf
das Abstichfahrzeug) 10a weist eine Abstichöffnung oder
-lukentür 38 nahe
der Oberseite der Zylinderwand 22 auf, die dazu ausgelegt
ist, mit dem Abstichkopf 16 zusammenzuarbeiten, wie nachfolgend
detailliert beschrieben ist. Eine zusätzliche Öffnung 40 ist nahe
der Stirnwand des Schmelztiegels 10a ausgebildet, um einen
Stutzen 18 (1) anzubringen, der mit einer
Entsorgungsröhre
(nicht dargestellt) innerhalb des Schmelztiegels zusammenarbeitet.
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Wie
voranstehend erwähnt
wurde, kann gemäß der Erfindung
die benötigte
maximale Schmelztiegelkapazität
erreicht werden, indem der horizontal angeordnete Schmelztiegel
mit einer effektiven Länge
versehen wird, was dem Konstrukteur ermöglicht, sogar sehr große Kapazitätsvorgaben
trotz der voranstehend diskutierten Beschränkungen des Schmelztiegeldurchmessers
zu erfüllen.
Dadurch ist es gemäß der Erfindungsidee
möglich,
Abstichwagen bereitzustellen, die Schmelztiegelkapazitäten aufweisen,
die in einem Bereich von ungefähr
3 m3 bis 6 m3 oder
mehr liegen, basierend auf einem maximalen Schmelztiegeldurchmesser
von 2m.
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Bei
der Herstellung von Schmelztiegeln für verschiedene Kapazitäten, ist
es normalerweise die Länge
(oder Tiefe) des hinteren Schmelztiegelteils 10b, mit einer
undurchbrochenen Zylinderwand 22, die an die benötigte Kapazität angepasst
ist, wie mit dem Pfeil A in 4 angezeigt
ist, während
der vordere Schmelztiegelteil 10a mit Abstich- und Entsorgungsöffnungen
vorzugsweise eine im wesentlichen festgesetzte oder "Standard"-Länge aufweist.
Diese Standardlänge
könnte
z.B. ungefähr
die Hälfte
eines Schmelztiegels in dem oberen Gebiet des Kapazitätsbereichs
sein, um einen Schmelztiegel, der zwei Schmelztiegelhälften 10a, 10b von
im wesentlichen gleichen Längen
aufweist, bereitzustellen.
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In 2 ist
jedoch der hintere Schmelztiegelteil 10b mit einer kürzeren Länge als
der vordere Schmelztiegelteil 10a dargestellt, was bedeutet,
dass dieser Schmelztiegelteil für
einen Schmelztiegel vorgesehen ist, der dem unteren Gebiet des Kapazitätsbereichs
angehört.
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Zum
Lagern des Schmelztiegels 10 in dem Abstichwagen ist jede
seiner Stirnwände 24 mit
einem Paar von vorstehenden, nach unten gerichteten Lagern 44 versehen,
die dazu ausgelegt sind, in entsprechenden Lagerpfannen 46 (5)
in der Halterungsstruktur des Schmelztiegels 10 aufgenommen zu
werden. Des weiteren sind die Stirnwände 24 mit Versteifungsrippen 48 ausgebildet,
die die Haltekräfte über die
Stirnwände
verteilen. Vorzugsweise sind die Lager 44 an dem oberen
Teil der Stirnwände gleichmäßig horizontal
und vertikal beabstandet angeordnet, wie in 3 dargestellt
ist.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Schmelztiegelstützstruktur 12 ist
in 4 dargestellt. Hier sind die Pfannen 46 für die Lager 44 an
jedem Ende des Schmelztiegels 10 in entsprechenden Hängeelementen 50 angeordnet,
die gemäß der Beabstandung
zwischen den Lagerpaaren an den Schmelztiegelstirnwänden 24 beabstandet
sind und horizontal über
Räder 52 verschiebbar
auf entsprechenden Halteelementen 54 ruhen, die wiederum
in einer entsprechenden von zwei parallelen Führungen 58 gleitend
gehalten sind, die an ihren Kopf- und Bodenenden an dem Hauptrahmen 2 des
Abstichwagens gesichert sind. Eine horizontale Bewegung der Hängeelemente 50 wird
durch entsprechende Aktuatorkolben 59 ausgeführt, während eine
Bewegung der Halteelemente 54 entlang den Führungen 58 durch
Mittel entsprechender Aktuatorkolben 61 (6)
ausgeführt
wird.
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Belastungsabtastmittel,
wie etwa Wiegezellen 60, können in geeigneter Weise in
Verbindung mit der Schmelztiegelaufhängung bereitgestellt sein,
um das Gewicht der abgestochenen Metallschmelze leicht festzustellen.
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Wie
voranstehend erwähnt
wurde, ist die Schmelztiegelabstichöffnung 38 dazu ausgelegt,
mit einem Abstichkopf 16 zusammenzuwirken. Der Abstichkopf 16 hat
eine etwas gestreckte Form, die an die Form der Abstichöffnung 38 angepasst
ist, und ist nahe eines Endabschnitts davon bei 61 mit
einer darüber
liegenden Brücke 62 verbunden,
die sich in horizontaler longitudinaler Richtung des Schmelztiegels 10 erstreckt
und nahe jeden Endes davon mit dem oberen Ende eines Schwenkarms 64 verbunden
ist, der an seinem unteren Ende drehbar mit dem oberen Ende des
Hängeelements 50 der
Halterungsstruktur 12 verbunden ist. Die Brücke 62 ist
ebenfalls an jedem äußeren Ende
davon mit der Kolbenstange eines Aktuatorkolbens 66 verbunden,
der an seinem unteren Ende rotierbar in einem entsprechenden der Halterungselemente 50 gehalten
ist. Mittels der Kolben 66 kann die Brücke 62 mit dem Abstichkopf 16 von
einer Abstichposition, in der der Rand des Abstichkopfs in festen
Eingriff mit dem Rand der Abstichöffnung 38 gedrängt ist,
in eine erhobene Position geschwungen werden, wie mit dünnen Konturlinien
in 5 angezeigt ist, in der der Schmelztiegel 10 freigelegt
ist, um zum Austauschen auseinandergebaut zu werden, z.B. in Verbindung
mit Schlackeentfernung.
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Die
Abstichröhre 14 ist
dazu ausgelegt, wie mit Pfeilen B in 4 gezeigt
ist, von seiner Position, wie sie in 1 dargestellt
ist, in der sie auf dem Schmelztiegel 10 parallel zu seiner
longitudinalen Achse ruht, in eine nach unten und nach außen geneigte
Position seitlich des Wagens, wie in 6 dargestellt
ist, herauszuschwingen, im wesentlichen auf dieselbe Weise wie die
Abstichröhre
des Ab stichwagens gemäß der voranstehend
erwähnten
Druckschrift NO 132 774. Dadurch ist die Abstichröhre 14 über eine
Wiege bzw. Abwickelmulde 70 auf einer schrägen Drehachse 68 an
einer Halterung 69 an dem Abstichkopf gesichert. Die Halterung 69 trägt außerdem einen
geneigten Aktuatorkolben 71 (in 4 lediglich
durch seine Mittellinie angezeigt) zum Drehen der Abstichröhre. Der
Abstichkopf 16 weist in seiner Stirnwand 68 entgegengesetzt
zu seiner Endverbindung 61 mit der Brücke 62 eine Öffnung auf, die
von einer ringförmigen
Pfanne umgeben wird, die eng bzw. fest mit einem entsprechend geformten
Endabschnitt der Abstichröhre 14 zusammenarbeitet, wenn
die letztgenannte nach unten in ihre Abstichposition geschwungen
ist. Diese Details der Verbindung zwischen der Abstichröhre und
dem Abstichkopf sind hier nicht vollständig dargestellt und beschrieben,
da sie aus der Druckschrift NO 132 774 offensichtlich erscheinen.
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In 6 ist
der erfindungsgemäße Abstichwagen
in einer Position seitlich einer Elektrolysezelle 80 dargestellt,
wobei seine Abstichröhre 14 in
die Abstichposition ausgeschwungen ist. Es ist aus der Figur ersichtlich,
dass der Schmelztiegel 10, für eine einfache und schnelle
Positionierung der Abstichröhre 14 relativ
zu dem Elektrolyseofen, horizontal, wie mit Pfeilen C angezeigt
ist, zwischen zwei Extrempositionen durch horizontales Versetzen
der Hängeelemente 50 auf
den Halteelementen 54 transversal zu dem Wagen bewegt werden
kann, während
die Halteelemente entlang der schrägen Führungen parallel zu der longitudinalen
Achse der Abstichröhre
hoch und runter gleiten können,
wie durch Pfeile C angezeigt ist. In der Figur ist der Schmelztiegel 10 mit
seinen Zubehörteilen
in seiner oberen, "hinteren" (d.h. von dem Elektrolyseofen
entfernt) Extremposition dargestellt, während die andere Extremposition
des Schmelztiegels 10 bzw. der Abstichröhre 14 mit Konturlinien
angezeigt ist. Wenn der Schmelztiegel in seiner oberen zurückgezoge nen
Position ist, kann der Abstichwagen ungefähr 1m näher an die Elektrolysezelle
herangebracht werden, als wie es mit herkömmlichen Abstichwagen mit einer
ausgefahrenen Abstichröhre
möglich
ist. Diese Lösung
stellt Möglichkeiten
für eine
wertvolle Verringerung der Beabstandung zwischen den Elektrolysezellen
bereit und erleichtert das Anordnen der Abstichröhre in dem Ofen, in dem es
dem Schmelztiegel ermöglicht,
mit seiner Abstichröhre
parallel zu der longitudinalen Achse der Abstichröhre herabgesenkt
zu werden.
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Wenn
der Schmelztiegel von seiner Halterungsstruktur in der Transportvorrichtung
entfernt werden soll, kann er einfach von dem Abstichkopf und der
Abstichröhre
gelöst
werden, indem die Abstichröhre
geschwungen wird und von ihrer Position nach oben in Verbindung
mit der Schmelztiegelabstichöffnung 38 mittels
der Stützstrukturbrücke 62 und
den Kolben 66 geführt
wird, worauf der Schmelztiegel frei von der Halterungsstruktur angehoben
werden kann.
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Obwohl
die Stützstruktur 12 zusammen
mit einer Transportvorrichtung in der Form eines Abstichwagens dargestellt
und beschrieben wurde, kann sie einfach zur Verwendung in Verbindung
mit anderen Formen von geeigneten Transportvorrichtungen ausgelegt
sein. Die 7 bis 8 stellen
eine modifizierte Halterungsstruktur 112 dar, die zur Verwendung
in Verbindung mit einem Kran als Transportvorrichtung vorgesehen
ist. Die Halterungsstruktur 112 weist die Form eines Bügels bzw.
einer Gabel mit Halterungsarmen 154 auf, die mit einem
hakenförmigen
unteren Aufhängungsabschnitt 150 verbunden sind,
der mit Pfannen 146 für
Lager 44 des Schmelztiegels 10 versehen ist. In
der dargestellten Ausführungsform
ist die Gabel 112 über
eine teleskopartige längeneinstellbare
Verbindung 113 und einen Drehrand 115 mit einer
durch die Linie 117 angezeigten, darunter liegenden Transportvorrichtung,
wie etwa dem Wagen eines Lauf krans verbunden. Falls es gewünscht ist,
kann die Gabel 112 jedoch einfach zur Aufhängung in
einem Kranhaken oder etwas ähnlichen
angepasst werden.
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Wie
die voranstehend beschriebene Halterungsstruktur 112 ist
die Halterungsstruktur oder Gabel 112 gemäß den 7 und 8 mit
einem Abstichkopf 16 versehen, der mit einer Brücke 62,
einem Schwenkarm 64 und Kolben 66 verbunden ist, die
dazu verbunden sind, den Aufhängungsabschnitt 150 einzuspannen.
Die Halterungsstruktur 112 ist jedoch nicht mit Mitteln
versehen, wie etwa Führungen 58 in
der Halterungsstruktur 12, zum Positionieren der Abstichröhre in dem
Schmelzofen, weil die benötigten
Positionierungsbewegungen durch den Kran und möglicherweise die teleskopartige
Verbindung ausgeführt
werden.