DE112018001062T5 - Rührmaschine mit vfd-basierter diagnose - Google Patents
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Abstract
Eine Rührmaschine beinhaltet einen Kopf, der sich über einen Kesselaufnahmeort erstreckt, eine drehbare Abgangswelle zum Aufnehmen eines Rührwerkzeugs und ein Zahnradsystem zum Bewirken einer Drehung der drehbaren Abgangswelle um ihre Achse herum und Kreisen der Wellenachse um eine andere Achse herum. Ein Elektromotor beinhaltet einen Ausgang, der funktionsfähig verbunden ist, um das Zahnradsystem anzutreiben. Ein Antrieb mit variabler Frequenz ist verbunden, um dreiphasige Leistung zu dem Elektromotor zu liefern, um eine variable Drehzahl und ein variables Drehmoment zu erzielen. Der Antrieb mit variabler Frequenz beinhaltet mehrere eingebettete Sensoren einschließlich eingebetteter Stromsensoren und eingebetteter Spannungssensoren. Eine Diagnosesteuerung ist dazu ausgebildet und funktionsfähig, Ausgänge von den eingebetteten Sensoren zu analysieren und einen Warnhinweis bei der Identifikation einer Charakteristik zu erzeugen, die einen Eingangsleistung-Brownout und/oder einen Eingangsleistungsstoß und/oder einen Maschinenkurzschluss und/oder einen Lichtbogen bei Phasentrennung des Motors und/oder einen Phase-zu-Masse-Lichtbogen des Motors und/oder einen Phasenverlust des Motors angibt.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein gewerbliche Rührer, die zum Rühren von Nahrungsmittelprodukten, wie etwa Teig, genutzt werden und insbesondere einen gewerblichen Rührer mit einem Antrieb mit variabler Frequenz (VFD: Variable Frequency Drive) und ein zugehöriges Diagnosesystem.
- HINTERGRUND
- Es ist bekannt, dass in bestehenden gewerblichen Rührern mehrere Drehzahleinstellungen für die Rührer vorgesehen sind. Die verschiedenen verfügbaren Rührdrehzahlen werden primär von einem Motor über eine Kombination von Zahnrädern und/oder Riemen und/oder variablen einstellbaren Riemenscheiben angetrieben, wobei mechanische Einstellungen vorgenommen werden, um Rührdrehzahlen zu ändern. Viele solcher Einrichtungen erfordern, dass der Rührer angehalten wird, um die Drehzahlen zu ändern.
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US-Patent Nr. 7,207,711 ist für einen Rührer repräsentativ, der keine mechanische Einstellung irgendwelcher Antriebsverbindungselemente oder eines Zahnradsystems zum Ändern der Drehzahl verwendet, sondern beispielsweise stattdessen einfach die Abgangsdrehzahl eines AC-Induktionsmotors einstellt. Selbst mit den durch eine solche Rührmaschinenantriebs- und -steuerungsanordnung bereitgestellten Vorteilen entstehen aufgrund der relativ harschen Betriebsbedingungen für solche Maschinen regelmäßig Service-/Reparaturprobleme. - Es würde wünschenswert sein, eine Rührmaschine bereitzustellen, die ohne Weiteres potenzielle Probleme des Leistungssystems in der Maschine identifiziert.
- KURZDARSTELLUNG
- Bei einem Aspekt beinhaltet eine Rührmaschine einen Antrieb mit variabler Frequenz mit eingebetteten Strom- und Spannungssensoren und eine Diagnosesteuerung, die funktionsfähig ist, Ausgänge der eingebetteten Sensoren zu analysieren und Warnungen bei der Identifikation einer Charakteristik zu erzeugen, die einen Eingangsleistung-Brownout, einen Eingangsleistungsstoß, einen Maschinenkurzschluss, einen Lichtbogen bei Phasentrennung des Motors, einen Phase-zu-Masse-Lichtbogen des Motors und/oder einen Phasenverlust des Motors angibt.
- Bei einem anderen Aspekt beinhaltet eine Rührmaschine einen Kopf, der sich über einen Kesselaufnahmeort erstreckt, wobei der Kopf eine sich nach unten erstreckende drehbare Abgangswelle zum Aufnehmen eines Rührwerkzeugs beinhaltet, wobei der Kopf darin ein Zahnradsystem zum Bewirken einer Drehung der drehbaren Abgangswelle um ihre Achse herum und Kreisen der Wellenachse um eine andere Achse herum beinhaltet. Ein Elektromotor beinhaltet einen Ausgang, der funktionsfähig verbunden ist, um das Zahnradsystem anzutreiben. Ein Antrieb mit variabler Frequenz ist verbunden, um dreiphasige Leistung zu dem Elektromotor zu liefern, um eine variable Drehzahl und ein variables Drehmoment zu erzielen, wobei der Antrieb mit variabler Frequenz mehrere eingebettete Sensoren einschließlich eingebetteter Stromsensoren und eingebetteter Spannungssensoren beinhaltet. Eine Diagnosesteuerung ist dazu ausgebildet und funktionsfähig, Ausgänge von den eingebetteten Sensoren zu analysieren und einen Warnhinweis bei der Identifikation einer Charakteristik zu erzeugen, die einen Eingangsleistung-Brownout und/oder einen Eingangsleistungsstoß und/oder einen Maschinenkurzschluss und/oder einen Lichtbogen bei Phasentrennung des Motors und/oder einen Phase-zu-Masse-Lichtbogen des Motors und/oder einen Phasenverlust des Motors angibt.
- Bei einem weiteren Aspekt beinhaltet eine Rührmaschine einen Kopf, der sich über einen Kesselaufnahmeort erstreckt, wobei der Kopf eine sich nach unten erstreckende drehbare Abgangswelle zum Aufnehmen eines Rührwerkzeugs beinhaltet, wobei der Kopf darin ein Planetensystem zum Bewirken einer Drehung der drehbaren Abgangswelle um ihre Achse herum und Kreisen der Wellenachse um eine andere Achse herum beinhaltet.
- Ein Elektromotor beinhaltet einen Ausgang, der funktionsfähig verbunden ist, um das Zahnradsystem anzutreiben. Ein Antrieb mit variabler Frequenz ist verbunden, um dreiphasige Leistung zu dem Elektromotor zu liefern, um eine variable Drehzahl und ein variables Drehmoment zu erzielen, wobei der Antrieb mit variabler Frequenz mehrere eingebettete Sensoren einschließlich eingebetteter Stromsensoren und eingebetteter Spannungssensoren beinhaltet. Eine Diagnosesteuerung ist funktionsfähig, Ausgänge von den eingebetteten Sensoren zu analysieren und Folgendes zu erzeugen: einen ersten Warnhinweis bei Identifikation einer Charakteristik, die einen Eingangsleistung-Brownout angibt; einen zweiten Warnhinweis bei Identifikation einer Charakteristik, die einen Eingangsleistungsstoß angibt; einen dritten Warnhinweis bei Identifikation einer Charakteristik, die einen Maschinenkurzschluss angibt; einen vierten Warnhinweis bei Identifikation einer Charakteristik, die einen Lichtbogen bei Phasentrennung des Motors angibt; einen fünften Warnhinweis bei Identifikation einer Charakteristik, die einen Phase-zu-Masse-Lichtbogen des Motors angibt; und einen sechsten Warnhinweis bei Identifikation einer Charakteristik, die einen Phasenverlust des Motors angibt.
- Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den begleitenden Zeichnungen und der untenstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtl ich.
- Figurenliste
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1 : stellt eine Perspektivansicht einer Rührmaschine dar; -
2 : stellt eine Seitenansicht der Rührmaschine von1 mit entfernter Kopfabdeckung dar; und -
3 : stellt ein beispielhaftes Steuersystem für die Rührmaschine dar. - BESCHREIBUNG
- Unter Bezug auf die
1-2 , beinhaltet eine Rührmaschine10 einen Rührerkörper12 mit einem Basisabschnitt14 , einem Kopfabschnitt16 und einem Stützabschnitt18 (z. B. in Form einer Säule), der den Kopfabschnitt und den Basisabschnitt in einer vertikal beabstandeten Beziehung verbindet. Eine von vorne nach hinten verlaufende Kopfabschnittsachse A ist dargestellt. - Ein Abgangsglied
20 (z. B. eine Welle zum Aufnehmen eines Rührerwerkzeuges, wie etwa eines Quirls oder eines Schneebesens) erstreckt sich von dem Kopfabschnitt16 in einer Richtung zu einem Kesselaufnahmeort22 nach unten, der zwischen den Armen24 eines Kesselaufnahmejochs ausgebildet ist, das bezüglich des Kopfabschnitts16 durch Drehung des veranschaulichten Griffs nach oben und nach unten bewegt werden kann. Eine angetriebene Bewegung des Jochs ist auch möglich. Ein Motor26 kann mechanisch an das Abgangsglied20 angeschlossen sein, etwa durch ein Zahnradsystem28 , zum Bewirken einer Drehung des Abgangsglieds um eine erste Achse30 und einer kreisenden Bewegung des Abgangsglieds20 und der ersten Achse30 um eine zweite Achse32 herum (z. B. einer Planetenbewegung oder Planetendrehung). Ein Leistungsabgriff34 erstreckt sich von einer Vorderseite des Kopfabschnitts16 nach außen und kann die Form einer vorstehenden Nabe oder Ausbeulung annehmen, die zur Verbindung mit Rührerzubehör, wie etwa Fleischwölfen, Hobeln usw., eingerichtet ist. Im Innern des Leistungsabgriffs34 befindet sich ein Antriebsglied, das durch den Motor26 über das Zahnradsystem28 gedreht wird. Die Kopfabdeckung40 ist in1 installiert dargestellt, ist aber in2 entfernt. - Eine beispielhafte Rührstellung eines Kessels
50 ist in2 zusammen mit einer beispielhaften Stellung einer Kesselschutzbaugruppe52 schematisch dargestellt. Der Kesselschutzhalter54 befindet sich an der Unterseite des Kopfabschnitts16 des Rührers und hält zumindest einen Teil der Kesselschutzbaugruppe52 auf eine Art und Weise, die es ermöglicht, dass das Teil zwischen einer Kesselschutzstellung und einer Kesselzugangsstellung bewegt werden kann. - Die Rührmaschine beinhaltet auch eine Benutzerschnittstelle
60 mit manuellen Benutzersteuerelementen (z. B. physisch bewegbaren Tasten, Knöpfen und/oder Schaltern) und/oder elektronischen Benutzereingabesteuerelementen (z. B. einer Touchscreen-Schnittstelle) mit einer zugehörigen prozessorbasierten Steuerung (z. B. Steuerungsplatine(n))100 . Die Benutzerschnittstelle60 kann ein oder mehrere Anzeigefelder oder -bildschirme62 aufweisen (3 ). - Ein oder mehrere Kommunikationspfade
64 können mit der Steuerung assoziiert sein, wie etwa ein drahtgebundener Kommunikationspfad (z. B. USB, RS485 usw.) oder ein drahtloser Kommunikationspfad64 (z. B. eine beliebiger aus Bluetooth, ZigBee, NFC, LAN/WiFi, MAN/WiMAX, LoRaWAN oder WAN/Mobilfunk). - Der Kommunikationspfad bzw. die Kommunikationspfade ermöglichen eine Kommunikation zwischen dem Rührmaschinensteuersystem und externen/entfernten Einrichtungen oder Systemen
90 mit jeweiligen Kommunikationen92 . - Das Rührmaschinensteuersystem beinhaltet einen Antrieb
70 mit variabler Frequenz zum Betreiben des Motors26 (z. B. durch Variieren der Frequenz und Spannung, sodass die Motordrehzahl und das Motordrehmoment zu gewünschten Leistungsfähigkeitsniveaus angesteuert werden). Der VFD70 empfängt einen lokalen Leistungseingang von einer Leitung71 und beinhaltet mehrere interne/eingebettete Sensoren, die zur Diagnose der Maschine nützlich sind. Insbesondere beinhaltet der VFD einen Eingangsspannungssensor72 und einen Eingangsstromsensor sowie Motorspannungsphasensensoren76A -76C und Motorstromphasensensoren78A -78B , die den Ausgang vom VFD je nach der untenstehenden Tabelle 1 detektieren. Tabelle 1 - VFD-SensorenVFD-Sensoren Eingangsspannung 72 Eingangsstrom 74 Motorspannungsphase AB 76A Motorspannungsphase BC 76B Motorspannungsphase CA 76C Motorstromphase A 78A Motorstromphase A 78B Motorstromphase A 78C - Eine Diagnosesteuerung
80 ist geräteintern im VFD bereitgestellt (z. B. als Logik/Firmware des VFD) und ist funktionsfähig, Rührmaschinenzustände basierend auf den Ausgängen oder Signalen von den Sensoren zu überwachen. Die Diagnosesteuerung80 ist dazu ausgebildet, Signale von den eingebetteten Sensoren zu analysieren und Warnhinweise basierend auf der Identifikation einer unerwünschten Leistungsfähigkeitscharakteristik zu erzeugen. Die Diagnosesteuerung80 kann zum Beispiel Diagnosecodes, wie etwa Eingangsleistung-Brownout, Eingangsleistungsstoß (z. B. aufgrund eines Blitzes), Maschinenkurzschluss, Lichtbogen bei Phasentrennung des Motors, Phase-zu-Masse-Lichtbogen des Motors und/oder Phasenverlust des Motors, mit entsprechenden beispielhaften, in der untenstehenden Tabelle 2 gezeigten Hinweisnachrichten speichern und ausgeben. Tabelle 2 - Beispielhafte DiagnoseDiagnose Detektierter Zustand/Detektierte Zustände Nachricht Eingangsleistungsabfall (Brownout) Die durch den Sensor 72 erfasste Eingangsspannung fällt unter eine festgelegte Unterqrenze Brownout-Warnung Eingangsleistungsstoß (Blitzeinschlag) Die durch den Sensor 72 erfasste Eingangsspannung steigt über eine festgelegte Oberqrenze an Leistungsstoß festgestellt, Prüfen von XXX Lichtbogen bei Phasentrennung des Motors Phasenströme addieren nicht zu null Phasen-Lichtbogenbildung des Motors zwischen Phasen _ und _ und Phasenspannungen addieren nicht zu null und Eine Phasenspannung nähert sich einer anderen Phasenspannung Phase-zu-Masse-Lichtbogen des Motors Phasenströme addieren nicht zu null Phase-zu-Masse-Lichtbogen des Motors, Phase_ und Phasenspannungen addieren nicht zu null und Eine oder mehrere Phasenspannungen nähern sich null Phasenverlust des Motors Zwei Phasenströme weisen den gleichen Betrag und entgegengesetzte Polarität auf Phasenverlust des Motors, Prüfen der Verbindung für Phase_ und Der dritte Phasenstrom ist gleich null - Wie oben angegeben, kann die Diagnosesteuerung
80 eingebettete Logik//Firmware innerhalb des VFD-Antriebs sein. Bei einer alternativen Konfiguration kann der VFD70 jedoch verbunden sein, um Daten von den eingebetteten Sensoren zu der geräteinternen Rührmaschinensteuerung100 zu liefern, die mit dem VFD-Antrieb verbunden ist (z. B. die Haupt- oder Master-Steuerplatine, die mit der Benutzerschnittstelle assoziiert ist, fragt den VFD gelegentlich nach den Sensordaten ab), und die Diagnosesteuerung82 ist in die Logik/Firmware/Software der Rührmaschinensteuerung100 integriert. Jeweilige Abschnitte der Diagnosefunktionalität könnten auch zwischen den beiden Steuerungen80 und82 aufgeteilt sein. - Die Warnungen können an (i) eine geräteinterne Benutzerschnittstelle (z. B. den Bildschirm
62 ) und/oder (ii) eine entfernte Einrichtung oder ein entferntes System90 geliefert werden (z. B. ein Telefon eines entfernten Bedieners, ein PDA oder einen Computer an der Betriebsstätte, wo sich die Rührmaschine befindet, oder ein Telefon eines Servicetechnikers, ein PDA oder ein Computer, der sich von der Betriebsstätte, wo sich die Rührmaschine befindet, entfernt befindet). Die Warnungen können die Form von Nachrichten aufweisen, wie oben widergespiegelt. - In manchen Fällen beinhaltet das Rührmaschinensteuersystem mehrere gespeicherte Rührprogramme (wobei z. B. jedes Rührprogramm mindestens eine Rührdrehzahl und Rührzeit beinhaltet, oder wahrscheinlicher mehrere Rührdrehzahlen mit jeweiligen Rührzeiten, von denen jede in einer Abfolge ausgeführt wird, wenn das Rührprogramm initiiert und auf der Maschine ausgeführt wird). Jedes Rührprogramm kann über eine Benutzerschnittstelle der Maschine auswählbar sein. Bei derartigen Fällen kann die Diagnosesteuerung verfolgen, welches Rührprogramm, wenn überhaupt, während der detektierten Charakteristik aktiv war, die zu einer Warnung führte.
- Die geräteinterne Diagnosesteuerung kann fortgeschrittenere Merkmale aufweisen, um nicht nur eine Warnung hervorzurufen, sondern um auch spezifische Service-/Reparaturaktionen zu empfehlen. In anderen Fällen kann die entfernte Einrichtung oder das entfernte System eines Servicetechnikers Algorithmen und weitere Diagnosen beinhalten, um dem Servicetechniker solche empfohlenen Service-/Reparaturaktionen bereitzustellen.
- Das System des Gegenstands liefert eine wichtige Diagnose für die Rührmaschine, ohne die Ergänzung irgendwelcher zusätzlicher Sensoren zusätzlich zu jenen zu erfordern, die im VFD eingebettet sind. Zusätzlich dazu können Funktionen der Rührmaschine basierend auf der von den VFD-Sensoren bestimmten Diagnose geändert werden. Gewisse Maschinenfunktionen könnten zum Beispiel deaktiviert werden (z. B. gewisse Rührdrehzahlen im Fall einer unerwünschten Tendenz) oder die gesamte Rührmaschine kann abgeschaltet werden (z. B. im Fall eines kritischen Fehlers).
- Es versteht sich klar und deutlich, dass die obige Beschreibung lediglich veranschaulichenden und beispielhaften Zwecken dient, und dass sie nicht als Einschränkung gedacht ist und dass andere Änderungen und Modifikationen möglich sind.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- US 7207711 [0003]
Claims (9)
- Rührmaschine, die Folgendes aufweist: einen Kopf, der sich über einen Kesselaufnahmeort erstreckt, wobei der Kopf eine sich nach unten erstreckende drehbare Abgangswelle zum Aufnehmen eines Rührwerkzeugs beinhaltet, wobei der Kopf darin ein Zahnradsystem zum Bewirken einer Drehung der drehbaren Abgangswelle um ihre Achse herum und Kreisen der Wellenachse um eine andere Achse herum beinhaltet; einen Elektromotor mit einem Ausgang, der funktionsfähig verbunden ist, um das Zahnradsystem anzutreiben; einen Antrieb mit variabler Frequenz, um dreiphasige Leistung zu dem Elektromotor zu liefern, um eine variable Drehzahl und ein variables Drehmoment zu erzielen, wobei der Antrieb mit variabler Frequenz mehrere eingebettete Sensoren einschließlich eingebetteter Stromsensoren und eingebetteter Spannungssensoren beinhaltet; und eine Diagnosesteuerung, die funktionsfähig ist, Ausgänge von den eingebetteten Sensoren zu analysieren und einen Warnhinweis bei der Identifikation einer Charakteristik zu erzeugen, die einen Eingangsleistung-Brownout und/oder einen Eingangsleistungsstoß und/oder einen Maschinenkurzschluss und/oder einen Lichtbogen bei Phasentrennung des Motors und/oder einen Phase-zu-Masse-Lichtbogen des Motors und/oder einen Phasenverlust des Motors angibt.
- Rührmaschine nach
Anspruch 1 , wobei die Diagnosesteuerung dazu ausgebildet ist, den Warnhinweis an (i) eine geräteinterne Benutzerschnittstelle der Rührmaschine und/oder (ii) eine entfernte Einrichtung oder ein entferntes System zu liefern. - Rührmaschine nach
Anspruch 2 , wobei die entfernte Einrichtung oder das entfernte System eine entfernte Bedienereinrichtung oder ein entferntes Bedienersystem oder eine entfernte Servicetechnikereinrichtung oder ein entferntes Servicetechnikersystem ist. - Rührmaschine nach
Anspruch 2 , wobei die Rührmaschine eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindung zur Lieferung des Warnhinweises an die entfernte Einrichtung oder das entfernte System beinhaltet. - Rührmaschine nach
Anspruch 1 , wobei die Diagnosesteuerung innerhalb des Antriebs mit variabler Frequenz eingebettet ist. - Rührmaschine nach
Anspruch 1 , wobei der Antrieb mit variabler Frequenz verbunden ist, um Daten von den eingebetteten Sensoren zu einer geräteinternen Rührmaschinensteuerung zu liefern, die mit dem Antrieb mit variabler Frequenz verbunden ist, und die Diagnosesteuerung in der Rührmaschinensteuerung integriert ist. - Rührmaschine nach
Anspruch 1 , wobei der Antrieb mit variabler Frequenz mit einer geräteinternen Rührmaschinensteuerung verbunden ist und die Diagnosesteuerung teilweise in der Rührmaschinensteuerung integriert ist und teilweise innerhalb des Antriebs mit variabler Frequenz eingebettet ist. - Rührmaschine nach
Anspruch 1 , wobei die Diagnosesteuerung funktionsfähig ist, Ausgänge von den eingebetteten Sensoren zu analysieren und unterschiedliche Warnhinweise bei der Identifikation einer jeweiligen Charakteristik zu erzeugen, die sowohl einen Eingangsleistung-Brownout, einen Eingangsleistungsstoß, einen Maschinenkurzschluss, einen Lichtbogen bei Phasentrennung des Motors, einen Phase-zu-Masse-Lichtbogen des Motors als auch einen Phasenverlust des Motors angibt. - Rührmaschine, die Folgendes umfasst: einen Kopf, der sich über einen Kesselaufnahmeort erstreckt, wobei der Kopf eine sich nach unten erstreckende drehbare Abgangswelle zum Aufnehmen eines Rührwerkzeugs beinhaltet, wobei der Kopf darin ein Planetensystem zum Bewirken einer Drehung der drehbaren Abgangswelle um ihre Achse herum und Kreisen der Wellenachse um eine andere Achse herum beinhaltet; einen Elektromotor mit einem Ausgang, der funktionsfähig verbunden ist, um das Zahnradsystem anzutreiben; einen Antrieb mit variabler Frequenz, der verbunden ist, um dreiphasige Leistung zu dem Elektromotor zu liefern, um eine variable Drehzahl und ein variables Drehmoment zu erzielen, wobei der Antrieb mit variabler Frequenz mehrere eingebettete Sensoren einschließlich eingebetteter Stromsensoren und eingebetteter Spannungssensoren beinhaltet; und eine Diagnosesteuerung, die funktionsfähig, ist, Ausgänge von den eingebetteten Sensoren zu analysieren und Folgendes zu erzeugen: einen ersten Warnhinweis bei der Identifikation einer Charakteristik, die einen Eingangsleistung-Brownout angibt; einen zweiten Warnhinweis bei der Identifikation einer Charakteristik, die einen Eingangsleistungsstoß angibt; einen dritten Warnhinweis bei der Identifikation einer Charakteristik, die einen Maschinenkurzschluss angibt; einen vierten Warnhinweis bei der Identifikation einer Charakteristik, die einen Lichtbogen bei Phasentrennung des Motors angibt; einen fünften Warnhinweis bei der Identifikation einer Charakteristik, die einen Phase-zu-Masse-Lichtbogen des Motors angibt; und einen sechsten Warnhinweis bei der Identifikation einer Charakteristik, die einen Phasenverlust des Motors angibt.
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