DE2914385A1 - Von einem kuehlmittel durchstroemte stranggusskokille - Google Patents

Description

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INSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE PRANCAISE

185, rue President Roosevelt Saint-Germain-en-Laye, Yvelines (Frankreich)

Von einem Kühlmittel durchströmte Stranggußkokille

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DR.-ING. EUGEN MAIEIR DR.-iNG. ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE

DRESDNER BANK AG

-ELEFON: (0711)0*27 61/2 STUTTGART NR. 192OS34

TELEORAMMEi MENTOR 7 STUTTGART 1, PI S C H E K STR. 1S POSTSCHECK STST. asaOO-708

* A 12 304

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INSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE FRANCAISE

185, rue President Roosevelt
Saint-Germain-en-Laye, Yvelines (Frankreich)

Von einem Kühlmittel durchströmte Stranggußkokille

Die Erfindung betrifft eine von einem Kühlmittel umströmte
Stranggußkokille zum kontinuierlichen Vergießen insbesondere von Stahl. Sie betrifft insbesondere solche Kokillen, die
einen den Kühlmittelkanal begrenzenden Mantel und an dessen Umfang einen statischen Mehrphaseninduktor aufweisen, mittels dessen eine Durchwirbelung des Gießstrangs bewirkt wird.

Eine in einer Stranggußanlage zum kontinuierlichen Vergießen von Metallen, insbesondere Stahl, verwendete Kokille kann als eine dauernd gekühlte, an ihren beiden Enden offene Gußform betrachtet werden, an deren einem Ende das schmelzflüssige Metall kontinuierlich eingeleitet und an deren

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anderem Ende der teilweise erstarrte Gießstrang abgezogen wird. Eine solche Gußform waist im wesentlichen ein das Profil des Gußerzeugnisses bestimmendes Innenrohr und im Abstand von diesem einen äußeren Mantel auf, so daß zwischen diesen beiden ein Ringraum gebildet wird, durch den das Kühlmittel geleitet wird. Das im allgemeinen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehende Innenrohr bewirkt einen guten Wärmeübergang zwischen dem Gießstrang und dem Kühlmittel, während der meist aus Stahl bestehende äußere Mantel, meist zusammen mit einer äußeren Kühlkammer, der mechanischen Festigkeit des Kokillenaufbaus dient.

Beim Gießen von Halbzeug mit verhältnismäßig geringem Querschnitt, wie z.B. beim Gießen von Knüppeln, ist die mechanische Festigkeit des aus Kupfer bestehenden Innenrohrs , auch wenn es nur eine geringe Wandstärke aufweist, im allgemeinen ausreichend, ohne daß es daherzusätzlicher Maßnahmen zur Verankerung des Innenrohrs an dem Mantel des Kühlmittelkanals bedarf.

Anders liegen dagegen die Verhältnisse beim Gießen von Halbzeug größeren Querschnitts, wie z.B. beim Gießen von Bioomen und Brammen. Das Problem einer ausreichenden mechanischen Festigkeit des aus Kupfer bestehenden Innenrohrs tritt hierbei in erhöhtem Maße&uf, da die Vergrößerung der Wandbreiten des Rohres nicht nur dessen

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Biegesteifigkeit verringert, sondern auch zu erheblichen WärmeVerformungen führt.

Um diesen nachteiligen Erscheinungen zu begegnen, die häufig zu einer vorzeitigen Auswechslung des Kokillenrohrs führen, wurde schon vorgeschlagen, das Innenrohr dadurch zu verstärken, daß an dessen Umfang längsverlaufende Rippen vorgesehen werden, deren Zwischenräume vom Kühlmittel durchflossen werden. Auch wurde schon vorgeschlagen, die Wandstärke des Kokillenrohres so weit zu erhöhen, daß die Wirkung des Kühlsystems nicht beeinträchtigt wird, und das Innenrohr an dem den Kühlmittelkanal begrenzenden Mantel - im folgenden "Kühlmantel" genannt - zu verankern, der seinerseits eine verhältnismäßig große Wandstärke aufweist _t um die mechanische Festigkeit des gesamten Kokillen— aufbaus zu gewährleisten. Zu diesem Zweck wurde in Sacklöcher des Innenrohrs ein Gewinde eingeschnitten, in das ein über den Umfang des Kühlmantels überstehender Gewindebolzen eingeschraubt wurde, auf dessen anderes Ende eine an dem Kühlmantel anliegende Mutter aufgeschraubt wurde.

Solche Kokillenaufbauten konnten jedoch nicht in allen Fällen befriedigen, insbesondere nicht im Falle solcher Kokillen, die einen elektromagnetischen Induktor zur Durchwirbelung des Gießstrangs aufweisen, wie sie immer mehr zur Verwendung gelangen'. Bei solchen Kokillenaufbauten

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muß zur Vermeidung einer Schwächung des den Kühlmantel und das Kokillenrohr durchsetzenden magnetischen Feldes der den Kühlmantel umgebende Induktor möglichst nahe an den Gießstrang herangebracht werden, was es erforderlich macht, die Wandstärken dieser beiden Teile möglichst weitgehend zu verringern.

Es wurde schon vorgeschlagen, bei einem diesen Forderungen entsprechenden kastenartigen Aufbau einer Kokille den Kühlmantel mit einer äußeren, ebenfalls aus Stahl bestehenden Umhüllung zu verbinden (DE-OS 26 20 656.4). Bei diesem Kastenaufbau sind zwischen diesen beiden Teilen Zuganker aufnehmende Distanzhülsen vorgesehen.

Im Hinblick auf die komplexe Natur der auftretenden Probleme dürfte ein solcher Kokillenaufbau eine zur Zeit optimale Konstruktion darstellen. Die Anordnung der die Zuganker aufnehmenden Distanzhülsen innerhalb der Kammern, die zur Aufnahme des Induktors vorgesehen sind, macht eine spezielle Anpassung des Induktors an diesen Kastenaufbau notwendig und führt daher sowohl in technologischer Hinsicht als auch hinsichtlich der Verwendungsmöglxchkeiten zu Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kokillenaufbau der vorgenannten Art so zu verbessern,

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daß er die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Mitteln gelöst, die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches aufgeführt sind.

Bei Kokillenaufbauten, deren Kühlmantel einen viereckigen Querschnitt, beispielsweise einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist, sind auf jeder Seite des Kühlmantels vorteilhafterweise drei Längsversteifungsstege vorgesehen, von denen einer in der Mitte der betreffenden Seite und die beiden anderen zu dessen beiden Seiten am Rand der betreffenden Seitenwand angeordnet sind. Weitere vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Kokillenauf baus weisen Merkmale auf, wie sie im Kennzeichen der Unteransprüche aufgeführt sind.

Die Erfindung besteht somit im wesentlichen darin, den Kühlmantel mit einer solchen Versteifung zu versehen, daß er für das mit ihm verbundene, aus Kupfer bestehende Kokillenrohr eine starre und wiederstandsfähige Armierung bildet. Die auf der Außenseite des Kühlmantels angeordneten Verstärkungen werden durch im Viereck angeordnete Versteifungsstege gebildet, die längs ihrer Kreuzungsstellen so ausgebildet sind, daß an ihnen das Kokillenrohr verankernde Organe angeordnet werden können.

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Wenn der erfindungsgemäße Kokillenaufbau auch in besonderem Maße den spezifischen Verhältnissen entspricht, die beim Vergießen von einen großen Querschnitt aufweisendem Halbzeug vorliegen, so ist er doch keineswegs nur für solche Gießverfahren geeignet, er kann vielmehr zum Vergießen von Halbzeug beliebiger Abmessungen und beliebiger Querschnitte Verwendung finden. Eine besonders vorteilhafte Anwendung findet dieser Kokillenaufbau jedoch beim Stranggießen mit magnetischer Beeinflussung des Gießstrangs , weil er in zufriedenstellender Weise den offensichtlich einander widersprechenden Forderungen genügt, nämlich dem Einbau eines Induktors zum Zweck der Durchwirbelung des flüssigen Metalls einerseits und einer zuverlässigen Dauerbeanspruchung der Kokille wie auch dem Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Gießstrang und der Kühlflüssigkeit andererseits. Zum Aufbau der Kokille können unbedenklich Metallteile verwendet werden, die im Verhältnis zu denjenigen, die üblicherweise bei der Konstruktion von Kokillen zum Vergießen von Halbzeug kleiner Querschnitte Verwendung finden, eine kleine Wandstärke aufweisen, wie auch die Versteifungskonstruktion es ermöglicht, die Ausbildung induzierter Ströme im Inneren der Versteifungsstege weitgehend zu verhindern und damit die Schwächung des Magnetfeldes zu verringern.

Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße Konstruktion

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eine große Anpassungsfähigkeit an den jeweiligen Verwendungszweck, da die Gestalt der Versteifungsstege den Abmessungen des Induktors angepaßt werden kann. Insbesondere bietet diese Konstruktion den Vorteil, daß es
zum Gießen von Halbzeug unterschiedlichen Querschnittes nur notwendig ist, die durch den Kühlmantel und das mit ihm verbundene Kokillenrohr gebildete Baueinheit auszuwechseln, so daß der Baukörper als solcher mit dem eingebauten Induktor beibehalten werden kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Weise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kokillenaufbau mit einigen Ausbrechungen und einzelnen perspektivisch dargestellten Teilen;

Fig. 2 einen waagerechten Schnitt nach der Schnittlinie A-A der Fig. 1;

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden waagerechten Schnitt durch einen Aufbau mit zylindrischer Kokille;

Fig. 4 einen waagerechten Schnitt durch einen gegenüber den Figuren 1 und 2 abgeänderten Kokillenaufbau längs einer zur Schnittebene der Fig. 2 parallelen Ebene.

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Um das Kokillenrohr 10 ist der Kühlmantel derart angeordnet, daß zwischen beiden ein Kühlmittel-Ringkanal 11 mit an allen Stellen gleicher Weite gebildet wird. Ein aus

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Stahl bestehender Außenmantel begrenzt zusammen mit dem Kühlmantel 2 einen Ringraum, der an seinem oberen Ende · mittels eines Deckels 14 und an seinem unteren Ende mittels einer Bodenplatte 15 verschlossen ist. Dieser Ringraum ist in zwei übereinanderliegende Kammern geteilt: Eine untere Kammer 16 mit einem Stutzen 17 für die Einleitung der Kühlflüssigkeit und eine obere Kammer 18 mit einem Auslaßstutzen 19.

Der vom Kühlmittel durchflossene Ringkanal 11 steht an seinen beiden Enden mit diesen Kammern 16 und 18 in Verbindung. Diese beiden Kammern werden mittels zweier konzentrischer Ringscheiben 20 und 21 gegeneinander abgedichtet, wobei die äußere Ringscheibe 21 mit dem Außenmantel 12 und die innere Ringscheibe 20 mit dem Kühlmantel 2 verbunden ist und zwischen den beiden Ringscheiben ein Dichtungsring angeordnet ist.

Am oberen Ende des Kokillenrohrs 10 ist ein Ringflansch angeschweißt, der sich auf dem Deckel 14 abstützt. Die formschlüssige Verbindung dieser beiden Teile erfolgt mittels Keile 24.

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Den größten Teil der oberen Kammer 18 nimmt ein ringförmiger elektromagnetischer Induktor 25 ein. Mittels dieses statischen, im allgemeinen dreiphasigen Induktors werden in dem flüssigen Gießstrang eine Durchwirbelung des flüssigen Metalls bewirkende Strömungen entweder in Achsenebenen im Falle eines in senkrechter Richtung sich verschiebenden Wanderfeldes, oder in Radialebenen, im Falle eines Drehfeldes, hervorgerufen.

Der Kühlmantel 2 weist an seinem äußeren Umfang ein System 3 von Vierecke bildenden Versteifungsstegen 4 und sowie Bohrungen 8, 32 zur Aufnahme von Zugankern 27 auf, mittels derer das Kokillenrohr 10 an dem Kühlmantel 2 verankert wird. Das aus Kupfer bestehende Kokillenrohr bildet den Ausgangspunkt erheblich störender Erscheinungen, die sich um so stärker auswirken, je größer der Querschnitt des zu gießenden Halbzeugs ist. Diese störenden Erscheinungen sind ursächlich mechanischer Art, die sich aus dem Zusammenwirken des ferrostatischen Druckes des flüssigen Metalls einerseits und dem hydrostatischen Druck des Kühlmittels andererseits ergeben. Weitere störende Erscheinungen haben eine thermische Ursache und sind die Folge einer Wärmeverformung des Kokillenrohres und des großen in der Wandung des Kokillenrohrs auftretenden Temperaturgradienten.

Unter dem Gesichtspunkt der Wärmeverformung wirken sich die Versteifungsstege je nach ihrem Winkel, den sie mit der

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Kokillenachse bilden, unterschiedlich aus.

Die Längsversteifungsstege 4 wirken einer Längsverformung entgegen, die aus einer Wärmeausdehnung des Kokillenrohrs resultiert. Es ist bekannt, daß diese auf die Wärmeausdehnung zurückzuführenden Erscheinungen sich störend auf das Profil des Kokillenrohrs auswirken, nämlich in Gestalt von Ausbauchungen, Krümmungen, Änderungen der Konizität u.dgl.

Die Querversteifungsstege 5 wirken einer Veränderung der Querschnittsabmessungen des Kokillenrohrs und damit einer Veränderung des Profils des gegossenen Halbzeugs entgegen. Diese Auswirkungen sind, wie man weiß, im allgemeinen wesentlich größer als die zuerst genannten, da infolge der sich nachteiliger auswirkenden Umfangsausdehnung diese Verformungen im Verhältnis wesentlich ausgeprägter sind und das Kühlsystem der Kokille unmittelbar berühren.

Die Stellen, an denen sich die Versteifungsstege kreuzen bzw. überschneiden, sind so ausgebildet, daß sie Verankerungeorgane aufnehmen können. Sie eignen sich deshalb am besten zur Anordnung von Bohrungen, weil an diesen Stellen der Materialquerschnitt am größten ist. An diesen Stellen sind daher Hülsen 6 oder auch Wülste und Einzel-Versteifungsstege 7 oder auch Eckbleche vorgesehen, die die Wülste 6

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paarweise miteinander verbinden, gegen die sie mit ihren Stirnflächen anliegen.

Diese Wülste sind in Längsrichtung durchbohrt und nehmen in ihren Bohrungen 8 Schraubenbolzen oder Zuganker 27 auf. Die Längs- und Querversteifungsstege sind miteinander und insgesamt mit dem Kühlmantel 2 verschweißt. Die Schraubenbolzen bzw. Zuganker, die von den Bohrungen 8 und den Bohrungen 32 in dem Kühlmantel aufgenommen werden, werden mit ihrem einen Ende in die Sacklochbohrungen des Kokillenrohres 10, oder auch in aus Stahl bestehende Gewindebüchsen 13 eingeschraubt, die in die Wandung des Kokillenrohres eingesetzt sind. Auf das äußere Ende der Gewindebolzen sind Muttern 28 aufgeschraubt, die gegen die Stirnflächen der Wülste 6 anliegen. Um das Anziehen der Schrauben zu erleichtern, sind in den Versteifungsstegen Aussparungen 9 vorgesehen.

Zwischen dem Kokillenrohr 10 und dem Kühlmantel 2 sind auf die Schraubenbolzen 27 aufgeschobene Distanzringe 29 angeordnet, die die Breite des Kühlmittelkanals 11 bestimmen, Die Querversteifungsstege 5 sind so zugeschnitten, daß sie einen kreisbogenförmigen äußeren Rand 30 aufweisen, mit dem sie gegen die Innenwandung 31 des Induktors 25 anliegen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Anordnung bei einem rechteckigen Gießkanal so getroffen, daß die Kreisbogenlinie 30 die abgerundeten Ecken 33 des Kühl-

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mantels 2 tangential berührt. Diese Anordnung wurde deshalb so getroffen, um die Versteifungsstege an den eingebauten ringförmigen Induktor 25 anpassen zu können. Es ist leicht einzusehen, daß dieser spezielle Aufbau bei einem in seinen Abmessungen vorgegebenen Induktor einen größtmöglichen Querschnitt des zu gießenden Halbzeugs gewährleistet.

Man kann, wie dies die Fig. 4 zeigt, das aus dem Kühlmantel 2 und dem System 3 der Versteifungsstege bestehende Bauteil dadurch noch verstärken, daß an dem äußeren Umfang der Versteifungsstege entlang der Kreisbogenlinie 30 eine starre Umhüllung 34 vorgesehen wird, die aus einzelnen, vorzugsweise aus unmagnetischem Stahl bestehenden Platten von einer Stärke von einigen Millimetern besteht. Diese Platten liegen nebeneinander und bedecken so die von den Versteifungsstegen begrenzten Räume. Auch bei dieser Anordnung sind an den Platten 35 Aussparungen vorgesehen, um die Schraubenmuttern der Zuganker anziehen zu können. Diese Teile zusammen bilden eine in Kastenbauweise erstellte Baueinheit, die von dem Kühlmantel 2 einerseits und der Umhüllung 34 andererseits begrenzt wird und deren Inneres durch die Versteifungsstege unterteilt wird.

Versuche haben gezeigt, daß diese Ausführungsform unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit anderen Konstruktionen überlegen ist. Auch im Hinblick auf die

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elektromagnetischen Gegebenheiten ist diese Ausführungsform weit günstiger, als es auf den ersten Blick erscheinen könnte. Berücksichtigt man nämlich, daß der Induktor mit einem Strom verhältnismäßig niedriger Frequenz - etwa zwischen 2' und 25 Hz - gespeist wird, so ist die Eindringtiefe der magnetischen'Induktion eine weit größere als es der Wandstärke der Umhüllung 34 entspricht, so daß diese nur einen sehr geringen Einfluß auf die Schwächung des magnetischen Feldes hat.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die auf Wärmeeinflüsse zurückzuführenden Formveränderungen am Umfang des Kokillenrohrs 10 vollkommen unterdrückt werden, wenn man auf jeder Seite des Kühlmantels mindestens drei Verankerungspunkte vorsieht, nämlich einen in der Mitte der Fläche und die beiden anderen in der Nähe der Ecken 33. Hierzu werden auf jeder Seitenfläche des Kühlmantels 2 drei Reihen von Längsversteifungsstegen angeordnet, wie dies Fig. 2 zeigt.

Die Erzielung der mit der erfindungsgemäßen Konstruktion angestrebten Vorteile ist nicht an die Ausführungsformen gebunden, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind. Insbesondere die Anordnung der Versteifungsstege kann auch so getroffen werden, daß sie Kammern mit rhombenförmiger Grundfläche umschließen. Anstelle die Versteifungsstege aus einzelnen Platten zu bilden und diese miteinander zu verschweißen, können diese beispielsweise in ihrer Gesamt-

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heit aus einem einzigen Gußstück bestehen. Auch auf die Verschweißung der Versteifungsstege mit dem Kühlmantel kann gegebenenfalls verzichtet werden, wenn auch diese beiden Teile als einstückiges Bauteil gefertigt werden.

Darüber hinaus kann auch auf die Distanzringe zwischen dem Kokillenrohr und dem Kühlmantel verzichtet werden, wenn diese Abstandshalter durch entsprechend ausgebildete Enden der Hülsen 6 gebildet werden, die dann von der Innenseite des Kühlmantels her in dessen Bohrungen 32 eingesteckt werden.

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Claims (7)

DR.-ING. EUGEN MAtER DR.-ING. ECKHARD WOLF TELEFON: (0711)24 27 61/2 TELEQRAMME: MENTOR PATENTANWÄLTE 7 STUTTGART 1, PISCHEKSTR. 19 DRESDNER BANK AG STUTTGART NR. 192OS34 POSTSCHECK STQT. 35200-709 -JT- A 12 304 21.3.1979 i - kt INSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE FRANCAISE 185, rue President Roosevelt Saint-Germain-en-Laye, Yvelines (Frankreich) Von einem Kühlmittel durchströmte Stranggußkokille Patentansprüche

1. Von einem Kühlmittel umströmte Stranggußkokille, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite des den Kühlmittelkanal begrenzenden Mantels (2) im Viereck angeordnete Versteifungsstege (4,5) angeordnet sind, die an ihren Kreuzungsstellen den Mantel (2) durchsetzende Bohrungen (8) aufweisen.

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2. Kokille nach Anspruch 1 mit einem ein " Viereckprofil aufweisenden Gießkanal, dadurch gekennzeich net, daß auf jeder Seite des Mantels (2) drei in Längsrichtung sich erstreckende Versteifungsstege (4) angeordnet sind, von denen einer in der Mitte der betreffenden Seitenwand und die beiden anderen zu dessen beiden Seiten in Randnähe der Seitenwand vorgesehen sind.

3. Kokille nach Anspruch 1 mit einem ein Viereckprofil aufweisenden Gießkanal, dadurch gekennzeichnet , daß der von den Versteifungsstegen (4,5) durchsetzte Raum durch eine zylindrische, mit dem Mantel (2) koaxiale Fläche (30) begrenzt wird.

4. Kokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das System der Versteifungsstege (4,5) an den Kreuzungsstellen Wülste (6) mit Längsbohrungen (8) und die Wülste

(6) paarweise miteinander verbindende Versteifungsplatten

(7) aufweist.

5. Kokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das System der Versteifungsstege (4,5) von einem metallischen Verstärkungsmantel (34) umgeben ist, der die Bohrungen (8) freilassende Aussparungen aufweist.

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6. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kokille (10) mittels die Bohrungen (8) durchsetzender Bolzen (27) an dem Mantel (2) verankert ist.

7. Kokille nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der den Kühlmittelkanal begrenzende Mantel (2) von einem statischen Mehrphaseninduktor (25) umschlossen ist.

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