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Vorliegende Erfindung betrifft eine Schlauchpumpe mit einem Pumpenschlauch, betrifft weiterhin einen Pumpenschlauch für eine Schlauchpumpe und betrifft auch ein Verfahren zum Wechseln eines Pumpenschlauchs einer Schlauchpumpe.
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DD248172B1 ist eine Schlauchpumpe beschrieben, deren Pumpenschlauch manuell verlegt wird und mit einem Klemmhebel gesichert wird.
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In
DE3828123C2 ist eine Schlauchpumpe beschrieben, deren Pumpenschlauch durch einen Rotor automatisch eingezogen wird.
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In
DE10244090A1 ist eine Schlauchpumpe beschrieben, in welche eine Kassette mit dem Pumpenschlauch eingesetzt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Schlauchpumpe zu schaffen, einen dafür geeigneten Pumpenschlauch zu schaffen und ein Verfahren zum Wechseln eines solchen Pumpenschlauchs anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schlauchpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Pumpenschlauch mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein Verfahren zum Schlauchwechsel mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Peristaltikpumpe oder Schlauchpumpe umfasst einen Sensor und einen Pumpenschlauch mit einer Markierung, die durch den Sensor detektierbar ist. Das Sensor-Markierung-System ist hinsichtlich einer präzisen Schlauchpositionierung vorteilhaft.
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Bei einer hinsichtlich der Verschmutzungsunempfindlichkeit vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe ist der Sensor ein Magnetfeldsensor. Somit ist der Sensor ein berührungslos messender Sensor und ein nicht-optischer Sensor.
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Der Magnetfeldsensor kann unbedenklich Verschmutzungen durch die zu pumpende Flüssigkeit, z. B. Drucklack oder Druckfarbe, ausgesetzt werden. Funktionsbeeinträchtigungen dieses Sensors durch die Verschmutzungen sind nicht zu befürchten. Solche Verschmutzungen kommen bei Schlauchpumpen infolge eines Platzens des Schlauches relativ oft vor und sind in der Praxis unvermeidlich. Im Gegensatz dazu wäre bei einem optischen Sensor mit Funktionsbeeinträchtigungen infolge solcher Verschmutzungen zu rechnen. Der berührungslos messende, nicht-optische Sensor könnte auch ein induktiver Sensor sein, aber dem Magnetfeldsensor wird der Vorzug gegeben.
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Gemäß verschiedener Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe ist der Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor oder ein GMR(giant magneto resistance)-Sensor. Vorzugsweise ist der Magnetfeldsensor ein magnetoresistiver Sensor.
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Der erfindungsgemäße Pumpenschlauch hat eine Markierung, die durch einen Sensor einer Peristaltikpumpe oder Schlauchpumpe detektierbar ist. Die Markierung ist speziell auf den Sensor abgestimmt.
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Bei hinsichtlich der Verschmutzungsunempfindlichkeit vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe und des erfindungsgemäßen Pumpenschlauchs ist die Markierung eine durch einen Magnetfeldsensor detektierbare Markierung, z. B. eine magnetische Markierung. Diese Markierung kann unbedenklich Verschmutzungen durch die zu pumpende Flüssigkeit, Z. B. Drucklack oder Druckfarbe, ausgesetzt werden. Funktionsbeeinträchtigungen der Markierung durch die Verschmutzungen sind nicht zu befürchten. Im Gegensatz dazu wäre bei einer optischen Markierung mit Funktionsbeeinträchtigungen infolge solcher Verschmutzungen zu rechnen.
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Die magnetische Markierung kann aus magnetisierbaren Material hergestellt sein und kann durch einen auf den Pumpenschlauch aufgespritzten Kunststoffmagnet, einen mit Magnetfarbe auf den Pumpenschlauch aufgedruckten Magnet oder durch einen oder mehrere magnetisierte Festkörper, der oder die auf den Pumpenschlauch geklebt oder aufgeschrumpft worden ist oder sind, gebildet sein. Der Pumpenschlauch und die Markierung können voneinander getrennt hergestellt und danach, z. B. durch das oben genannte Aufspritzen oder Verkleben, miteinander verbunden werden, wobei sich danach die Markierung auf der Außenseite der Wandung des Pumpenschlauchs befindet. Beispielsweise kann die Markierung in Form eines magnetisierten Kunststoffringes von ca. 2 mm Dicke hergestellt werden, welcher über den Schlauch gezogen und mit diesem untrennbar verklebt wird. Die magnetische Markierung und der Pumpenschlauch können aber auch gemeinsam hergestellt werden, beispielsweise, indem bei der formgebenden Herstellung des Pumpenschlauchs in dessen Schlauchwand magnetisches Material integriert wird.
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Bei hinsichtlich der präzisen Positionierung des Pumpenschlauchs in der Schlauchpumpe vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe und des erfindungsgemäßen Pumpenschlauchs ist die Markierung eine magnetische Markierung mit Abschnitten mit wechselnder Polarität, die in Längsrichtung des Pumpenschlauchs nebeneinanderliegen. Hierbei erfasst der Sensor bei an dem Sensor vorbei erfolgenden Einschieben oder Einziehen des Pumpenschlauchs in die Schlauchpumpe nicht lediglich, in welcher Schlauchposition die Feldstärke des positiven (Nordpol) und des negativen (Südpol) Magnetfeldabschnitts am stärksten (Amplitude) ist, sondern, wo das Magnetfeld sein Minimum (z. B. sogenannten Nulldurchgang im Feldstärkediagramm) hat. Das Minimum liegt an der Grenze oder dem Übergang zweier Markierungsabschnitte unterschiedlicher Polarität und ist präziser als die Amplituden zu detektieren, weil für die Detektion des Minimums der Abstand zwischen Markierung und Sensor unerheblich ist, der wiederum vom Außendurchmesser des Pumpenschlauchs abhängt, welcher fertigungsbedingt innerhalb von Toleranzen schwanken kann.
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Die Nullpunktabfrage und der iterative Suchvorgang können in Anwendungsfällen entfallen, in denen eine geringere Positioniergenauigkeit ausreichend ist. In diesen Fällen kann ein vereinfachtes Verfahren angewendet werden, bei welchem der Schlauchtransport kurz unterbrochen wird, sobald ein erster Anstieg des Magnetfeldes detektiert worden ist, und anschließend der Schlauch um einen definierten Weg weiter transportiert wird, an dessem Ende der Schlauch seine korrekte Betriebsposition erreicht hat.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schlauchwechsel bei einer Peristaltikpumpe oder Schlauchpumpe wird die Position eines Pumpenschlauchs durch einen Sensor überwacht, der auf eine Markierung an dem Pumpenschlauch gerichtet ist. Vorzugsweise, aber nicht zwingend, sind der Sensor ein Magnetfeldsensor und die Markierung eine durch einen Magnetfeldsensor detektierbare Markierung.
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Bei einer hinsichtlich der Arbeitserleichterung vorteilhaften Weiterbildung erfolgt der Transport des Pumpenschlauchs an dem Sensor vorbei halb- oder vollautomatisch.
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Weitere konstruktiv und funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Zeichnung, in welcher zeigt:
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1 eine Schlauchpumpe,
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2 einen Sensor und einen Pumpenschlauch der Pumpe aus 1,
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3 eine Detaildarstellung des Schlauchs aus 2, mit einer darauf sitzenden Markierung und einer Schutzabdeckung über der Markierung,
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4 ein Schema des Schlauchs mit der Markierung aus 3, bei zur Sichtbarkeit der Markierung nicht dargestellter Abdeckung, und
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5 eine Schnittdarstellung der Markierung aus den 3 und 4, mit schematischer Darstellung von verschieden polaren Abschnitten der Markierung,
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1 zeigt eine Schlauchpumpe 1, welche radialer oder zirkularer Bauart ist und stattdessen auch linearer Bauart sein könnte. Die gezeigte Schlauchpumpe 1 zirkularer Bauart hat einen Rotor 2 mit Quetschelementen 3 zum Quetschen eines Pumpenschlauchs 4. Die Quetschelemente 3 sind Rollen und könnten auch Gleitschuhe sein.
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In seiner Betriebsposition verläuft der Pumpenschlauch 4 entlang eines Schlauchbetts oder einer Schlauchführung 5. Der Verlauf des Pumpenschlauchs 4 ist in U-Form vereinfacht dargestellt und könnte auch mit einer oder mehreren Helices wendelförmig sein.
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Die Schlauchpumpe 1 ist mit einem Sensor 6 zum Detektieren von Positionen des Pumpenschlauchs 4 ausgestattet. Der Sensor 6 ist ein Magnetfeldsensor und seine „Blickrichtung” ist quer oder senkrecht zur Schlauchlängsachse und zu einer Einzugsrichtung 13, in welche der Pumpenschlauch 4 durch den Rotor 2 entlang der Schlauchführung 5 transportiert wird, wenn ein automatischer Schlauchwechsel durchgeführt wird. Der Sensor 6 ist in einem linearen Abschnitt der Schlauchführung und des Verlaufs des Pumpenschlauchs 4 auf letzteren gerichtet. Dieser lineare Abschnitt ist dem Rotor 2 in Einzugsrichtung 13 gesehen vorgeordnet. Der Rotor 2 wird von einem elektrischen Motor 8 angetrieben, der von einer elektronischen Steuereinrichtung 9 angesteuert wird. Bei dem automatisierten Einziehen des Pumpenschlauchs 4 in die Schlauchpumpe 1 steuert die Steuereinrichtung 9 den Motor 8 ausgehend von Signalen an, welche die Steuereinrichtung 9 von dem Sensor 6 empfangt.
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2 zeigt, dass der Sensor 6 auf eine Markierung 7 gerichtet ist, wenn sich der Pumpenschlauch 4 in seiner korrekten Betriebsposition in Gegenüberlage mit dem Sensor 6 befindet. Hierbei beträgt ein Meßabstand zwischen dem Sensor 6 und der Markierung 7 weniger als 10 Millimeter, vorzugsweise weniger als 5 Millimeter. Die Markierung 7 ist eine magnetische Markierung und an dem Pumpenschlauch 4 angebracht.
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Das in Einzugsrichtung 13 hintere Schlauchende ist während des Einziehens des Pumpenschlauchs 4 vorübergehend mit einem Verschlussstück 10 verschlossen. Das Verschlussstück 10 ist ein in das Schlauchende einsteckbarer Stöpsel und könnte eine über das Schlauchende stülpbare Kappe sein. Das Verschlussstück 10 wird nach dem Einziehen des Pumpenschlauchs 4 wieder entfernt, so dass der Pumpbetrieb der Schlauchpumpe 1 ohne das Verschlussstück 10 erfolgt. Das Verschlussstück 10 ermöglicht die Erzeugung eines Unterdrucks in dem Pumpenschlauch 4 beim Einziehen. Der Unterdruck wird durch das beim Einziehen erfolgende Quetschen des Pumpenschlauchs 4 durch den Rotor 2 erzeugt. Der Unterdruck wird in einem Schlauchabschnitt wirksam, der sich von dem Verschlussstück 10 bis zu dem Rotor 2 erstreckt. Durch den Unterdruck wird der Durchmesser des elastischen Pumpenschlauchs 4 reversibel reduziert, um den Pumpenschlauch 4 besonders leichtgängig in die Schlauchpumpe 1 einziehen zu können.
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3 zeigt, dass die Markierung 7 den Pumpenschlauch 4 ringförmig oder in Manschettenform umgibt und durch eine Schutzabdeckung 11 abgedeckt ist. Die Schutzabdeckung 11 ist ein Schrumpfschlauchstück und auf den Pumpenschlauch 4 und die darauf sitzende Markierung 7 aufgeschrumpft.
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4 zeigt, dass die Markierung 7 aus mehreren, vorzugsweise Stoß an Stoß, entlang des Pumpenschlauchs 4 nebeneinander angeordneten Streifen 12 besteht. Die Streifen 12 bilden Abschnitte der Markierung (7) und bestehen aus biegsamen Material und sind um den Pumpenschlauch 4 herum gewunden und darauf aufgeklebt. Die beiden Enden eines jeden der Streifen 12 liegen Stoß an Stoß aneinander an, so dass der jeweilige Streifen 12 im Prinzip einen geschlossenen Ring ergibt.
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5 zeigt, dass jeder Streifen 12 auf seiner Innenseite eine andere Polarität als auf seiner Außen-seite hat. Beispielsweise hat der in der Zeichnung den linken Rand der Markierung 7 bildende Streifen auf seiner Außenseite eine positive Polarität (magnetischer Nordpol), die mit dem Symbol „+” dargestellt ist, und auf seiner Innenseite eine negative Polarität (magnetischer Südpol), die mit dem Symbol „–” dargestellt ist. Die Streifen 12 sind bezüglich ihrer Polarität abwechselnd angeordnet, so dass jeder Streifen 12 auf seiner Außenseite und seiner Innenseite eine andere Polarität als sein(e) Nachbarstreifen hat. Die Streifen 12 können als Rohlinge aus ein und derselben ebenen Platte herausgeschnitten werden, welche eine magnetisch positive Vorderseite und eine magnetisch negative Rückseite hat. Nach dem Herausschneiden werden einige der Rohlinge bezüglich der magnetisch positiven Vorderseite konkav gekrümmt – entsprechend dem Außendurchmesser des Pumpenschlauchs 4 – und die übrigen der Rohlinge bezüglich besagter Vorderseite konvex gekrümmt. Danach bilden die konkav gekrümmten Rohlinge die ringförmigen Streifen 12 mit dem magnetischen Südpol „–” auf der Ringaußenseite und die konvex gekrümmten Rohlinge die ringförmigen Streifen 12 mit dem magnetischen Nordpol „+” auf der Ringaußenseite.
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Der automatische Schlaucheinzug wird folgendermaßen durchgeführt: Der Bediener führt den Pumpenschlauch 4 mit seinem vorderen Schlauchende voran in einen sogenannten Einlauf eines Gehäuses der Schlauchpumpe 1 ein. Dabei ist das hintere Schlauchende, in dessen Nähe sich die Markierung 7 befindet, durch das Verschlussstück 10 verschlossen. Das erste der Quetschelemente 3 des in die Rotationsrichtung 14 rotierenden Rotors 2 ergreift das vordere Schlauchende und zieht im Laufe der weiteren Rotation den Pumpenschlauch 4 mit einer Einzugsgeschwindigkeit von z. B. etwa 3 m/min und über eine Einzugsstrecke von z. B. etwa 500 mm in das Pumpengehäuse ein und entlang der Schlauchführung 5.
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Dabei steigt mit zunehmender lateraler Annäherung der Markierung 7 an den Sensor 6 die von der Markierung 7 erzeugte und von dem Sensor 6 gemessene Magnetfeldstärke von 0% auf den Maximalwert (Amplitude) von 100% an. In Reaktion auf diesen ersten Anstieg der Magnetfeldstärke steuert die demgemäß programmierte Steuereinrichtung 9 den Motor 8 derart an, dass die Rotation des Rotors 2 verzögert wird. Mit infolgedessen verlangsamter Einzugsgeschwindigkeit wird der Pumpenschlauch 4 weiter eingezogen. Bei dieser fortgesetzten Lateralbewegung des Pumpenschlauchs 4 mit der Markierung 7 fällt die vom Sensor 6 gemessene Magnetfeldstärke wieder ab, sie bricht auf einen Minimalwert von z. B. 10% ein. Dieser Wert ist erreicht, wenn die Trennfuge oder der Fügespalt zwischen dem in 4 ganz links angeordneten, ersten Streifen 12 (mit positiver Polarität auf der Außenseite) und dem zu ihm unmittelbar benachbarten, zweiten Streifen 12 (mit negativer Polarität auf der Außenseite) dem Sensor 6 in dessen „Blickrichtung” fluchtend gegenüberliegt. Bei dem weiteren Schlauchtransport durch den Rotor 7 steigt die gemessene Feldstärke wieder bis auf den Maximalwert von 100% an, um danach wieder auf den Minimalwert von 10% abzufallen, welcher bei Gegenüberlage der Trennfuge zwischen den beiden mittleren Streifen 12 – in 4 von links gezählt: dem zweiten Streifen 12 und dem dritten Streifen 12 – mit dem Sensor 6 erreicht ist. Jetzt hat der Pumpenschlauch 6 seine korrekte oder optimale Betriebsposition erreicht.
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Ein weiterer Transport des Pumpenschlauchs 6 in Einzugsrichtung 13 bewirkt ein Wiederansteigen der gemessenen Feldstärke und wird durch die demgemäß programmierte Steuereinrichtung 9 gemäß einer ersten Verfahrensvariante sofort abgebrochen. Die Steuereinrichtung 9 wechselt die Rotationsrichtung des Motors 8 und somit des Rotors 2, um den ein wenig über seine korrekte Betriebsposition hinausgelaufenen Pumpenschlauch 6 entgegen der Einzugsrichtung 13 zurück zu schieben. Entsprechend dem in ihr ablaufenden Programm führt die Steuereinrichtung 9 einen Suchvorgang durch, um den Pumpenschlauch 4 möglichst genau in seiner optimalen Betriebsposition zu positionieren. Dieser Suchvorgang ist ein Iterationsprozess und umfasst sich abwechselnde Vorwärtsbewegungen und Rückwärtsbewegungen des Motors 8 und somit des Pumpenschlauchs 4, wobei das Rückmeldesystem des Motors 8 zur Positionsbestimmung verwendet wird.
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Gemäß einer zweiten Verfahrensvariante wird der weitere Transport des Pumpenschlauchs 6 in Einzugsrichtung 13 nach dem Erreichen der optimalen Betriebsposition nicht sofort abgebrochen und werden mit dem Sensor 6 auch die Magnetfeldmaxima des dritte Streifens 12 und des in 4 ganz rechts liegenden, vierten Streifens 12 sowie das dazwischen liegende Magnetfeldminimum abgetastet. Das entlang der gesamten Markierung 7 gemessene Magnetfeld korrespondiert mit einem periodischen Muster der Signalfeldänderung, einer sogenannten magnetischen Kodierung des Pumpenschlauchs 4. Die Steuereinrichtung 4 oder das darin ablaufende Programm kann anhand des gemessenen Musters einen Vergleich mit einem gespeicherten Muster durchführen und im Ergebnis des Vergleichs feststellen, ob der Pumpenschlauch 4 der korrekte ist und mit der Schlauchpumpe 1 kompatibel ist oder ob es sich um einen inkompatiblen, falschen Schlauch handelt. Falsche Muster, die durch den Magneten der Markierung 7 nicht entsprechende, andere Magnete eines solchen inkompatiblen Schlauchs hervorgerufen werden, werden von der Steuereinrichtung 4 erkannt. Die Steuereinrichtung 4 stoppt infolgedessen den Schlaucheinzug und gestattet keinen Betrieb der Schlauchpumpe 1 mit dem falschen Schlauch. Statt des Stoppens des Schlaucheinzugs bei Erkennen des falschen Musters kann alternativ auch folgendes vorgesehen sein: Der inkompatible Schlauch wird nicht in der korrekten Betriebsposition positioniert, sondern daran vorbei weitergefördert und am anderen Ende der Pumpe aus dem Pumpengehäuse wieder hinausgefördert. Erkennt die Steuereinrichtung 4 dagegen ein korrektes Muster, wird der bei der ersten Verfahrensvariante bereits erläuterte iterative Suchvorgang zum Positionieren des Pumpenschlauchs 4 in seiner korrekten Betriebsposition durchgeführt.
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Nach dem Einziehen des Pumpenschlauchs 4 wird von diesem das Verschlussstück 10 abgelöst und werden die beiden Schlauchenden mittels Schlauchschellen an Schlauchstutzen befestigt.
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Im Betrieb pumpt die Schlauchpumpe 1 das zu fördernde Fluid, z. B. eine Druckfarbe oder ein Drucklack, indem die Quetschelemente 3 des dabei in die Rotationsrichtung 14 rotierenden Rotors 2 durch äußere mechanische Verformung (Quetschen) des Pumpenschlauches 4 das Fluid durch den Pumpenschlauch 4 hindurchdrücken. Die Abklemmstelle oder Quetschstelle des jeweiligen Quetschelements 3 bewegt sich dabei entlang dem Pumpenschlauch 4 und treibt dadurch das Fluid im Pumpenschlauch 4 voran. Der Ansaugunterdruck wird durch die Elastizität des Materials des Pumpenschlauchs 4 erzeugt, welche nach dem Ablösen des jeweiligen Quetschelements 3 vom Pumpenschlauch 4 ein radiales Wiederausdehnen des Schlauchprofils in seine Ausgangsform bewirkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schlauchpumpe
- 2
- Rotor
- 3
- Quetschelement
- 4
- Pumpenschlauch
- 5
- Schlauchführung
- 6
- Sensor
- 7
- Markierung
- 8
- Motor
- 9
- Steuereinrichtung
- 10
- Verschlussstück
- 11
- Schutzabdeckung
- 12
- Streifen
- 13
- Einzugsrichtung
- 14
- Rotationsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DD 2481721 B [0002]
- DE 3828123 C2 [0003]
- DE 10244090 A1 [0004]
