DE102018122305A1 - Pumpenaggregat zur Bereitstellung eines Hydraulikdrucks zur Betätigung eines Aktors im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat zur Bereitstellung eines Hydraulikdrucks zur Betätigung eines Aktors im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kupplungs- oder Getriebeaktors, mit einer Pumpe (2), einem Vorratsbehälter (6) für Hydraulikflüssigkeit und mindestens einem Magnetventil (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (4) innerhalb des Vorratsbehälters (6) angeordnet ist, so dass es von Hydraulikflüssigkeit umgeben ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat zur Bereitstellung eines Hydraulikdrucks zur Betätigung eines Aktors im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kupplungs- oder Getriebeaktors, mit einer Pumpe, einem Vorratsbehälter für Hydraulikflüssigkeit und mindestens einem Magnetventil.
- Das Pumpenaggregat dient dazu, einen Hydraulikdruck bereitzustellen, der durch die Ansteuerung des Magnetventils gesteuert oder geregelt wird. Mit dem Hydraulikdruck kann eine Kupplung zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung geschaltet werden oder im Falle eines Getriebeaktors eine bestimmte Getriebestufe geschaltet werden.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein solches Pumpenaggregat zu verbessern.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Pumpenaggregat der eingangs genannten Art vorgesehen, dass das Magnetventil innerhalb des Vorratsbehälters angeordnet ist, so dass es von Hydraulikflüssigkeit umgeben ist. Hierdurch ist das Magnetventil sehr gut gegen Umwelteinflüsse und Korrosion geschützt. Außerdem kann das Magnetventil durch die Hydraulikflüssigkeit gekühlt werden. Im Falle eines Kaltstarts kann das Magnetventil dazu verwendet werden, die Hydraulikflüssigkeit zu erwärmen. Die Positionierung des Magnetventils innerhalb des Vorratsbehälters führt zu extrem kurzen Wegen zwischen Ventil und Vorratsbehälter, wodurch sich gute Reaktionszeiten und ein geringer dynamischer Druckverlust ergeben.
- Vorzugsweise weist das Magnetventil eine Spule auf, die von einem Gehäuse umgeben ist, wobei zwischen der Spule und dem Gehäuse ein vorzugsweise ringförmiger Freiraum vorgesehen ist, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Hierdurch ergibt sich ein noch besserer Wärmeübergang zwischen dem Magnetventil und der Hydraulikflüssigkeit, wenn das Magnetventil nicht nur außenseitig von Hydraulikflüssigkeit umspült ist, sondern auch unmittelbar auch die Spule.
- Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Magnetventil einen Rücklaufauslass hat, der innerhalb des Gehäuses mündet. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Freiraum kein „Totvolumen“ ist, sondern immer von Hydraulikflüssigkeit durchspült wird.
- Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Magnetventil einen Anker auf, wobei zwischen dem Anker und der diesen umgebenen Spule ein Lagerspalt vorhanden ist, der sich über mindestens 50 % der axialen Länge des Ankers erstreckt, wobei der Lagerspalt mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Indem auch der Anker von Hydraulikflüssigkeit umspült wird, ergeben sich jederzeit vorhersehbare Dämpfungseigenschaften.
- Das Magnetventil ist vorzugsweise ein Proportionalventil, so dass der Hydraulikdruck am Druckausgang des Pumpenaggregats sehr präzise gesteuert werden kann.
- Vorzugsweise ist das Magnetventil unmittelbar an einem Pumpengehäuse der Pumpe angebracht, so dass sich eine sehr kompakte Bauform mit kurzen Wegen ergibt.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
- -
1 ein Pumpenaggregat in einer perspektivischen Ansicht; - -
2 das Pumpenaggregat von1 in einer perspektivischen Explosionsansicht; - -
3 das Pumpenaggregat von1 in einer Seitenansicht; - -
4 das Pumpenaggregat von3 in einer ersten Schnittansicht; - -
5 das Pumpenaggregat von3 in einer zweiten Schnittansicht; - -
6 einen Hydraulikschaltplan des Pumpenaggregats; - -
7 den Schaltplan von6 , wobei der Hydraulikfluss für zwei verschiedene Betriebszustände gezeigt ist; - -
8 den Schaltplan von6 , wobei ein weiterer Betriebszustand gezeigt ist; - -
9 den Schaltplan von6 , wobei die im Pumpenaggregat verwendeten Filter ergänzt sind; - -
10 eine Seitenansicht eines Vorratsbehälters, der beim Pumpenaggregat verwendet wird; - -
11 in einer Teilansicht eine alternative Ausgestaltung des Vorratsbehälters; - -
12 eine schematische Darstellung der verschiedenen Volumina innerhalb des Vorratsbehälters; - -
13 in einer Schnittansicht ein Magnetventil, das beim Pumpenaggregat verwendet wird; - -
14 das Magnetventil von13 , wobei die Fluidströme im Betrieb eingezeichnet sind; - -
15 eine Schnittansicht durch das Pumpenaggregat, wobei ein Leiterelement gezeigt ist, dass zur Signalübertragung zwischen Drucksensoren und einer Leiterplatte verwendet wird; - -
16 das Leiterelement von15 in einer perspektivischen Ansicht; - -
17 das Leiterelement von16 in einem Längsschnitt; - -
18 das Leiterelement von16 in einem Querschnitt; - -
19 eine Ausführungsvariante des Leiterelements; - -
20 ein Detail der Kontaktierung der Drucksensors; - -
21 einen Querschnitt durch die Pumpe des Pumpenaggregats. - In den Figuren ist ein Pumpenaggregat dargestellt, das dazu dient, einen Hydraulikdruck (und auch einen Hydraulikfluidstrom) bereitzustellen, dem von einem Aktor im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einen Betätigungshub umgesetzt werden kann. Mit dem Betätigungshub kann beispielsweise eine Kupplung geschlossen oder geöffnet werden, oder es kann eine Getriebestufe eines Getriebes geschaltet oder in die Neutralposition gebracht werden.
- Das Pumpenaggregat weist als wesentliche Bestandteile (siehe insbesondere die
1 und2 ) einen Antriebsmotor1 , eine Pumpe2 , eine Steuerelektronik3 , zwei Magnetventile4 , zwei Drucksensoren5 , die in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind, und einen Vorratsbehälter6 auf. - Zentrales Bauteil des Pumpenaggregats ist ein Pumpengehäuse
7 , an dem die Magnetventile4 angebracht sind und an dem auch der Vorratsbehälter6 angebracht ist. Auch die Drucksensoren5 sind am Pumpengehäuse7 angebracht. - Auf der zum Vorratsbehälter
6 entgegengesetzten Seite ist am Pumpengehäuse7 ein Elektronikgehäuse8 angebracht, das einerseits die Steuerelektronik3 aufnimmt und andererseits den Stator des Elektromotor1 enthält. Am Elektronikgehäuse8 ist ein Deckel9 angebracht, der die Steuerelektronik3 abschließt und dafür dient, die Verlustwärme der Steuerelektronik3 zur Umgebung hin abzuleiten. - Wie in den
4 und5 zu sehen ist, sind die Magnetventile2 innerhalb des Vorratsbehälters6 angeordnet. - Beim Elektromotor
1 handelt es sich um einen bürstenlosen Elektromotor, mit dem die Pumpe2 angetrieben wird. - Bei der Pumpe
2 handelt es sich um eine Drehschieberpumpe (siehe21 ), die einen Rotor10 mit mehreren Kammern12 aufweist, in denen jeweils ein Drehschieberelement14 angeordnet ist. Bei den Drehschieberelementen14 handelt es sich um Zylinderwalzen. Die Pumpe ist also eine Rollenzellenpumpe. - Die Zylinderwalzen rollen auf der Innenkontur eines Stators
16 ab, der ein sich im Umfangsrichtung veränderliches Volumen definiert. Dementsprechend durchläuft jedes Drehschiebeelement bei einer Drehung des Rotors10 um 360° zweimal eine Abfolge von AnsaugbereichA und DruckbereichD . Dementsprechend hat die Pumpe zwei Sauganschlüsse und zwei Druckausgänge. - Aufgrund der zwei unabhängigen Druckausgänge
D der Pumpe2 hat das Pumpenaggregat ebenfalls zwei voneinander unabhängige Druckausgänge20 . - Die Pumpe ist symmetrisch aufgebaut, indem alle Bauteile, die nachfolgend erläutert werden, für jeden Druckausgang vorhanden sind. Wenn also beispielsweise nachfolgend „das“ Magnetventil beschrieben wird, gilt dies für die beiden Magnetventile, dafür jeden Druckausgang eines vorhanden ist.
- Anhand der
6 bis8 wird nun wird die grundsätzliche Funktionsweise des Pumpenaggregats erläutert. - Das Pumpenaggregat weist zwei Druckausgänge
20 auf, über die der Hydraulikdruck bereitgestellt wird, der zur Betätigung des Aktors vom Pumpenaggregat erzeugt wird. - Stromabwärts jedes Druckausgangs
D der Pumpe2 ist ein Rückschlagventil22 angeordnet. Die Rückschlagventile22 haben einen Ventilsitz aus Gummi. - Stromabwärts des Ausgangs des Rückschlagventils
22 befindet sich der Eingang24 des Magnetventils4 . Abhängig vom Solldruck und dem am Drucksensor5 gemessenen Ist-Druck wird jedes der Magnetventile4 so angesteuert, das am Druckausgang20 des Pumpenaggregats der gewünschte Hydraulikdruck anliegt. Überschüssiges Hydraulikfluid wird durch eine Rückführleitung26 unmittelbar in den Vorratsbehälter6 zurückgeleitet. - Die Magnetventile
4 sind als Proportionalventile ausgeführt und haben als Ventilelement eine Kugel, das zusammen mit dem Ventilsitz dafür sorgt, dass das Magnetventil4 im geschlossenen Zustand leckagefrei ist. - In
7 ist auf der rechten Seite der Fluidstrom in einem Zustand gezeigt, in dem am rechten Druckausgang20 kein Hydraulikdruck bereitgestellt werden soll. - Das gesamte Hydraulikfluid wird vom Druckausgang
D der Pumpe2 im Magnetventil4 über die Rückführleitung26 in den Vorratsbehälter6 zurückgepumpt; die Pumpe fördert also im Kreis. - Auf der linken Seite von
7 ist der Zustand gezeigt, in dem am Druckausgang20 des Pumpenaggregats ein geregelter Hydraulikdruck bereitgestellt wird. Hierbei wird von der Steuerelektronik3 das Magnetventil4 so angesteuert, dass der Ist-Druck dem Soll-Druck entspricht. - In
8 ist das Pumpenaggregat in einem Zustand gezeigt, in dem die Pumpe2 gestoppt wurde. Das Magnetventil4 auf der rechten Seite ist geöffnet, so dass der rechte Druckausgang20 druckfrei ist. - Der linke Druckausgang
20 ist hingegen abgesperrt, da das Magnetventil4 vollständig geschlossen ist. Daher wird ein stromabwärts des Druckausgangs20 aufgebauter Hydraulikdruck aufrechterhalten, auch wenn die Pumpe2 nicht weiterbetrieben wird. - Anhand von
9 werden nun die Filter erläutert, die innerhalb des Pumpenaggregats verwendet werden. - Wesentliches Merkmal des Konzepts, um Verunreinigungen vom Pumpenaggregat fernzuhalten, ist, dass keine saugseitigen Filter verwendet werden; sämtliche Filter sind auf der Druckseite angeordnet. Dementsprechend saugt die Pumpe unmittelbar aus dem Vorratsbehälter
6 an. - Stromabwärts des entsprechenden Druckausgangs der Pumpe
2 befindet sich ein erster Filter30 . Er dient dazu, Verunreinigungen aus dem Hydraulikfluid herauszufiltern, bevor diese zum Magnetventil4 gelangen. Da ein Großteil des Hydraulikfluids von der Pumpe2 zum Magnetventil4 und von dort über die Rückführleitung26 zum Vorratsbehälter6 geleitet wird, sorgen die beiden Filter30 dafür, dass aufgrund der inneren Zirkulation des Hydraulikfluids Verunreinigungen aus dem Hydraulikfluid kontinuierlich herausgefiltert werden. - Stromabwärts des Magnetventils
4 , jedoch noch vor dem Druckausgang20 , ist ein zweiter Filter32 vorgesehen. Dieser verhindert, dass Verunreinigungen in das Pumpenaggregat eingebracht werden können. Diese Verunreinigungen sind insbesondere Urverschmutzungen der Leitungen und des Aktors sowie Abrieb vom Aktor, dem das Hydraulikfluid durch das Pumpenaggregat bereitgestellt wird. - Die Filter
30 ,32 sind dafür ausgelegt, während der gesamten Lebensdauer des Pumpenaggregats wirksam zu sein, ohne dass sie gereinigt oder ausgetauscht werden müssen. - Sie haben beim beschriebenen Ausführungsbeispiel einen Querschnitt in der Größenordnung von 65 mm2. Ihre Maschenweite beträgt in der Größenordnung von 0,1 mm.
- Der Vorratsbehälter
6 ist mit einem Füllfilter34 versehen, der so angeordnet ist, dass jegliches Hydraulikfluid, das über eine Einfüllöffnung33 in den Vorratsbehälter6 eingefüllt wird, durch den Füllfilter34 fließen muss. - Der Füllfilter
34 hat beim beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Maschenweite in der Größenordnung von 0,3 mm, wobei das Material, aus dem er besteht, einen Durchmesser in der Größenordnung in der Größenordnung von 0,2 mm hat. Der Füllfilter34 gewährleistet, dass keine Verunreinigungen von außen in den Vorratsbehälter6 eingebracht werden. - Der Vorratsbehälter
6 ist in zwei Kammern40 ,42 unterteilt, wobei in jeder Kammer40 ,42 eine Ansaugöffnung44 angeordnet ist, die zum SauganschlussA der Pumpe2 führt. Durch die Unterteilung des Innenvolumens des Vorratsbehälters6 in zwei getrennte Kammern40 ,42 ist gewährleistet, dass dann, wenn einer der Hydraulikkreise ein Leck hat, im anderen Hydraulikkreis noch ein gewisses Restvolumen verfügbar ist, mit dem der nicht defekte Hydraulikkreis eine bestimmte Zeit weiterbetrieben werden kann. - So kann beispielsweise ein Fahrer, nachdem er eine Warnung über den Ausfall des ersten Hydraulikkreises bekommt, das Fahrzeug noch sicher in eine Parkbucht oder auf einen Parkplatz fahren, da beispielsweise bei einem Doppelkupplungsgetriebe noch eine Kupplung und die dieser zugeordneten Schaltstufen des Getriebes betriebsbereit sind.
- Um den Vorratsbehälter
6 in die beiden Kammern40 ,42 zu unterteilen, kann eine sich im wesentlich horizontal erstreckende Trennwand46 verwendet werden, die eine sich vertikal erstreckende Abschlusswand48 aufweist (siehe10 ), oder eine sich im Wesentlichen vertikal erstreckende Trennwand50 (siehe11 ). - Jede Kammer
40 ,42 weist ein TotvolumenT auf, das dem Volumen unterhalb der entsprechenden Ansaugöffnung44 entspricht. Oberhalb des Totvolumens befindet sich ein ArbeitsvolumenW . Dieses ArbeitsvolumenW ist bestimmt durch die oberste Kante der Abschlusswand48 beziehungsweise der Trennwand50 . Oberhalb der ArbeitsvoluminaW befindet sich ein gemeinsames ArbeitsvolumenGW . - Die Hydraulikkreise sind dann voneinander getrennt, wenn das gemeinsame Arbeitsvolumen
GW auf null abfällt und jeder Hydraulikkreis nur noch aus seinem eigenen ArbeitsvolumenW ansaugt. - Wie aus den
2 ,4 und5 bekannt, sind die Magnetventile4 innerhalb des Vorratsbehälters6 angeordnet. Dabei ist jeweils ein Magnetventil in einer Kammer40 ,42 angeordnet. - Jedes der Magnetventile
4 weist ein Gehäuse60 auf (siehe13 ), das die Bauteile des Magnetventils4 umgibt. - Das Magnetventil
4 weist ein Rückschlagventil62 , einen Ventilsitz64 , ein Ventilelement66 , einen Anker68 und eine Spule70 auf. Das Hydraulikfluid strömt über einen Einlass72 (siehe14 ) entweder zum Druckausgang20 des Pumpenaggregats oder über den Öffnungsquerschnitt zwischen Ventilsitz64 und Ventilelement66 zur Rückführleitung26 . - Eine Besonderheit besteht darin, dass der Weg zur Rückführleitung
26 durch den Innenraum des Gehäuses60 führt. Ein entsprechender Rücklaufauslass67 des Magnetventils ist in14 durch den vertikal nach unten zeigenden Pfeil symbolisiert, der hinter dem Ventilsitz beginnt und in den Raum innerhalb des Gehäuses60 führt. - Durch diese Anordnung des Rücklaufauslasses des Magnetventils
4 ist ein umlaufender, insbesondere ringförmiger Freiraum74 , der zwischen dem Gehäuse60 und der Spule70 vorhanden ist, mit Hydraulikfluid durchspült. - Das Rückschlagventil
62 , das hier in das Magnetventil4 integriert ist, entspricht dem in den6 bis9 gezeigten Rückschlagventil22 . - Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass ein Lagerspalt, der zwischen dem Anker
68 und einem in die Spule70 und das Magnetgehäuse eingesetzten Lager76 vorhanden ist, ebenfalls mit Hydraulikfluid durchspült ist. - Ein weiteres besonderes Merkmal des Magnetventils
4 besteht darin, dass es selbstreinigend ist, da der Weg zur Rückführleitung26 eventuelle Partikel vom geöffneten Ventilsitz und dem Ventilelement entfernt. - Anhand der
15 bis20 wird nun erläutert, wie die Drucksensoren5 an die Steuerelektronik3 angeschlossen werden. - Während in der Ausführungsform der
1 und2 hierfür noch ein Kabel verwendet wird, werden bei der Gestaltung gemäß den15 bis20 zwei eigenstabile Leiterelemente80 verwendet. Jedes Leiterelement80 enthält drei elektrische Leiter, die beispielsweise aus Federbronze bestehen. Die Leiter82 sind mit Kunststoff ummantelt, insbesondere umspritzt, so dass das Leiterelement80 gebildet ist. - Die Leiter
82 sind an Ihrer dem Drucksensor5 zugewandten Seite um knapp 180° umgebogen, so dass Federkontakte86 gebildet sind. Diese dienen dazu, an entsprechenden Anschlusskontakten der Drucksensoren federelastisch anzuliegen und dadurch einen elektrischen Kontakt herzustellen (siehe20 ). - Der Drucksensor
5 ist auf der vom Leiterelement80 abgewandten Seite mittels verschiedener Dichtungen114 abgedichtet. - Am entgegengesetzten Ende sind die elektrischen Leiter
82 als Kontaktstifte88 ausgeführt, die in einen Stecker auf einer Leiterplatte90 eingesteckt werden können, auf der die Steuerelektronik3 aufgebaut ist. - Das Leiterelement
80 erstreckt sich von der Leiterplatte90 durch eine Durchführung92 im Elektronikgehäuse8 und in eine Aufnahme94 im Pumpengehäuse7 hinein. Sowohl gegenüber der Durchführung92 als auch gegenüber der Aufnahme94 ist das Leiterelement80 abgedichtet. Zu diesem Zweck sind zwei Dichtungen96 ,98 vorgesehen, die innerhalb der Durchführung92 abdichten, und eine Dichtung100 , die gegenüber der Aufnahme94 abdichtet. - Bei den Dichtungen
96 ,98 ,100 handelt es sich um O-Ringe, die in entsprechenden Aufnahmenuten102 ,104 ,106 aufgenommen sind, die am Leiterelement80 vorgesehen sind. - Bei der in
19 gezeigten Ausführungsvariante werden insgesamt vier Aufnahmen für Dichtungen verwendet. - Das Leiterelement
80 ist mit einem Kanal110 versehen, der sich entlang der Längsrichtung des Leiterelements80 erstreckt, und zwar ausgehend von der Seite, die in der Aufnahme94 angeordnet ist, also der den Drucksensoren5 zugeordneten Seite, und in einer Aussparung112 zwischen den Dichtungen96 und98 mündet, also innerhalb der Durchführung92 . - Der Kanal
110 dient dazu, mit geringem Aufwand zu überprüfen, ob die beiden Leiterelemente80 korrekt montiert sind, insbesondere ob die Dichtungen96 ,98 ,100 in der gewünschten Weise abdichten. - Die Prüfung erfolgt dadurch, dass im Bereich der Drucksensoren ein Unterdruck angelegt wird. Nach einer kurzen Beruhigungszeit kann gemessen werde, ob der angelegte Unterdruck konstant bleibt oder ob der Druck ansteigt.
- Bleibt der Druck konstant, bedeutet dies, dass sämtliche Dichtungen in der gewünschten Weise abdichten. Falls der Unterdruck geringer wird, bedeutet dies, dass mindestens eine der Dichtungen nicht korrekt abdichtet. Dies kann entweder die Dichtung
96 sein, so dass Luft aus dem Bereich der Leiterplatte90 in die Durchführung92 und über die Aussparung112 in den Kanal110 gesaugt wird. Es kann auch bedeuten, dass die Dichtung98 nicht abdichtet, so dass Umgebungsluft aus dem Bereich zwischen der Durchführung92 und der Aufnahme94 hin zur Aussparung112 gesaugt wird. Schließlich kann es bedeuten, dass die Dichtung100 nicht abdichtet, so dass Umgebungsluft durch die Aufnahme94 hin zum Bereich der Drucksensoren5 gesaugt wird.
Claims (7)
- Pumpenaggregat zur Bereitstellung eines Hydraulikdrucks zur Betätigung eines Aktors im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kupplungs- oder Getriebeaktors, mit einer Pumpe (2), einem Vorratsbehälter (6) für Hydraulikflüssigkeit und mindestens einem Magnetventil (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (4) innerhalb des Vorratsbehälters (6) angeordnet ist, so dass es von Hydraulikflüssigkeit umgeben ist.
- Pumpenaggregat nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (4) eine Spule (70) aufweist, die von einem Gehäuse umgeben ist, wobei zwischen der Spule (70) und dem Gehäuse (60) ein Freiraum (74) vorgesehen ist, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. - Pumpenaggregat nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (74) ringförmig ist. - Pumpenaggregat nach
Anspruch 2 oderAnspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (4) einen Rücklaufauslass hat, der innerhalb des Gehäuses (60) mündet. - Pumpenaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (4) einen Anker (68) aufweist, wobei zwischen dem Anker und einer diesen umgebenden Spule (70) ein Lagerspalt vorhanden ist, der sich über mindestens 50% der axialen Länge des Ankers (68) erstreckt, und wobei der Lagerspalt mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist.
- Pumpenaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (4) ein Proportionalventil ist.
- Pumpenaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (4) unmittelbar an einem Pumpengehäuse (7) der Pumpe (2) angebracht ist.
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