DE19547041C1 - Flügelzellenpumpe für das Fördern von Dickstoffen - Google Patents

Flügelzellenpumpe für das Fördern von Dickstoffen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe für das Fördern von Dickstoffen, insbesondere aushärtbaren Dick­ stoffen, bestehend
  • - aus einem Gehäuse, mit äußeren und seitlichen Begren­ zungsflächen für den Druckraum und mit Ein- und Auslaßöff­ nungen für den Dickstoff, und
  • - aus einem Rotor mit mindestens einem Lagerzapfen, mit einem zylindrischen Führungskörper, der mehrere, radial gerichtete, nach außen und seitlich offene Füh­ rungsnuten für die formschlüssige Führung von Flügeln besitzt, und mit mehreren, in den Führungsnuten radial bewegbaren Flügeln, die an den Seitenflächen des Gehäuses dichtend gleiten,
wobei die äußeren Bereiche der Stirnseiten des Führungs­ körpers mit den Seitenwänden des Gehäuses für den Druck­ raum einen Dichtabschnitt bilden und im Gehäuse außerhalb des Druckraumes mindestens ein Sammelraum und eine Öffnung für das Abführen von Dickstoffen vorgesehen ist.
Flügelzellenpumpen für das Fördern von Dickstoffen, ins­ besondere solchen, die aushärtbar sind und in der Regel eine körnige Struktur besitzen, sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt.
In der FR 21 75 295 wird eine Flügelzel­ lenpumpe für diese Einsatzzwecke beschrieben.
In einem exzentrischen Gehäuse wird ein zylindrischer Füh­ rungskörper rotierend angetrieben. Dieser Führungskörper hat radial ausgerichtete Führungsnuten in denen ein doppel­ seitig wirkender Schieber, der als Flügel ausgebildet ist, gleitbar angeordnet ist.
Die dünnflüssigen Bestandteile des Mörtels, Wasser und gelöster Zement, dringen in die Führungsspalten zwischen Führungsnut und Flügel ein und können bei Anwesenheit von Luft und/oder silikatischem Staub aushärten.
Nach jedem Einsatz der Pumpe ist dieselbe zu demontieren und zu reinigen. Auf andere Weise kann die Einsatzbereit­ schaft nicht gewährleistet werden.
Durch die FR 979 568 wird eine Flügel­ zellenpumpe für den genannten Einsatzzweck beschrieben. Zwischen Auslaß und Einlaß ist der ringförmige Förderraum durch einen Abstreifer, der sich bis an den zylindrischen Führungskörper erstreckt, unterbrochen. Die durch seitliche Kurven gesteuerten Flügel werden vor diesem Abstreifer aus dem Mörtel zurückgezogen und anschließend im mörtelfreien Bereich wieder in Förderposition ausgetrieben.
Die zur Rotationsachse des Führungskörpers geschlossenen Führungsnuten setzen sich durch dünnflüssige Bestandteile der Mörtel- oder Betonmischung nach und nach zu und verhin­ dern die Bewegung der Flügel. Das Blockieren der Pumpe ist nicht zu verhindern.
Es ist auch hier notwendig, die Pumpe nach jedem Einsatz zu demontieren, zu reinigen und erneut zusammenzusetzen.
Mit der PCT-Anmeldung WO 95/06819 wird eine Flügelzellen­ pumpe für den einleitend definierten Einsatzzweck beschrie­ ben. Diese Flügelzellenpumpe besitzt diametral gegenüber­ liegende Flügel, die starr über Bolzen miteinander verbun­ den sind.
Die Innenwand des Gehäuses ist abschnittsweise mit Füh­ rungsbahnen für die formschlüssige Bewegung der Flügel aus­ gebildet.
Die flachen Abschnitte der Flügel werden in Führungsnuten radial beweglich geführt. Im Fußabschnitt dieser Führungen, der eine Art Sammelraum darstellt, sammeln sich dünnflüs­ sige Bestandteile des Dickstoffes, die die Spalten zwischen Flügel und der Wand der Führungsnut durchdringen.
Diese Bestandteile der Mischung können durch die seitlich offenen Führungsnuten in unterschiedlich gestaltete Aus­ nehmungen der Seitenscheiben entweichen und sollen dort durch die Schwerkraft, die Reibung und den notwendigen Spielraum in den Ansaugbereich für den Mörtel zurückgeführt werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß nur ein relativ kleiner Teil des sich in den Führungsnuten im Fußbereich sammelnden Mörtels nach der Seite weggedrückt wird.
Es baut sich im mittleren Abschnitt eine Mörtelschicht auf, die auch hier, nach jedem Einsatz, die Demontage der Pumpe erforderlich macht.
Der hier beschriebene Reinigungsgang der Pumpe mit Wasser, das durch den Druckraum geführt wird, ist nicht geeignet, die im mittleren Teil der Fußabschnitte abgelagerten Mör­ telbestandteile zu entfernen.
Mit der DE-PS 5 81 273 wird vorgeschlagen, für das Entfernen von Steinen aus dem Druckraum der Pumpe Öffnungen in der Wand des Pumpengehäuses vorzusehen. Die Steine sollen dann durch Schwerkraft oder durch die Fliehkräfte in den angrenzenden geschlossenen Sammel­ raum gelangen. Auch eine derartige Vorrichtung ist nicht geeignet, die Führungen der bewegten Teile der Pumpe zuverlässig von aushärtbaren Stoffen frei zu halten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Flügelzellen­ pumpe für Dickstoffe, insbesondere aushärtbare Dickstoffe, mit körnigen Bestandteilen zu schaffen, die über lange Zeiträume, auch mit längeren Betriebspausen, ständig ein­ satzbereit ist.
Demontagevorgänge zum Zwecke der Reinigung sollen weitge­ hend vermieden werden. Die Flügelzellenpumpe soll für große Förderleistungen einsetzbar sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 bezeichnete Flügelzellenpumpe gelöst.
Mit der Anordnung von Ringräumen, die unmittelbar mit den Sammelräumen, den Fußabschnitten der Führungsnuten verbun­ den sind und direkt den Dichtungsabschnitten zum Druckraum benachbart sind, ergibt sich die Möglichkeit, mit einer zusätzlichen Spülflüssigkeit die sogenannten Leckstoffe, die die Dichtungsflächen zwischen Druckraum und Innenraum durchdringen, zu lösen und abzuführen.
Gleichzeitig kann diese Spülflüssigkeit bei Wahl eines ent­ sprechenden Druckes auch in die Dichtungsspalten zum Druck­ raum eindringen und dort das Aushärten dieser Stoffe behin­ dern.
Zwischen aufeinanderfolgenden Pumpvorgängen kann diese Spülflüssigkeit auch für die Reinigung des Druckraumes ver­ wendet werden. Sie dringt dann auch vom Druckraum her in die Dichtungsspalten und behindert auch dort das Aushärten von Leckstoffen aus den Dickstoffen.
Wird die Flügelzellenpumpe in Verbindung mit sogenannten Transportmischern für Beton oder Mörtel benutzt, kann das Spülwasser nach dem Reinigungslauf durch den Innenraum, und den Druckraum der Pumpe auch für die Reinigung des Trans­ portbehälters während der Rückfahrt benutzt werden.
Das nunmehr verschmutzte Spülwasser kann im Bereich der Ladestellen der Transportmischer gezielt entsorgt und durch neue Spülflüssigkeit ersetzt werden.
Mit der Gestaltung der Pumpe nach Anspruch 2 kann der Spül­ vorgang hinsichtlich seiner Spülwirkung innerhalb der Pumpe optimiert werden.
Die Ausbildung des Dichtabschnittes zwischen den Stirnflä­ chen der Führungskörper und dem Gehäuse nach Anspruch 3 gewährleistet, daß das Eindringen von körnigen Bestandteilen in den Dichtabschnitt vermieden wird und zwi­ schen diesen Flächen nur Wasser oder Zementpartikel vorhan­ den sind. Es hat sich gezeigt, daß Wasser und Zement - bei Abwesenheit silikatischer Stoffe - dem Rotor gute Gleit­ eigenschaften verleihen.
Die Ausführung nach Anspruch 4 stützt die Wirkungen nach Anspruch 3.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, im Bereich der Ringnut die Führungskurven für die radiale Bewegung der Flügel anzuordnen. Die auf den Kurven gleitenden Vorsprünge der Flügel tragen zur Umwälzung der Flüssigkeit bei und verhin­ dern das lokale Absetzen von Schwebestoffen (Anspruch 5).
Mit der Ausführung nach Anspruch 6 wird gesichert, daß einerseits die Kurven allseitig umspült werden und anderer­ seits die Flüssigkeit ungehindert die Fußabschnitte der Führungsnuten im Führungskörper erreicht.
Die Maßnahme nach Anspruch 7 sichert die optimale Funktion des Lagers für den Rotor und vermeidet Leckverluste. Mit der Zuordnung einer Spülpumpe nach Anspruch 8 wird ein beliebig steuerbarer Flüssigkeitsdurchsatz gewährleistet.
Durch entsprechende Ventilsteuerungen nach Anspruch 9 kann dieser Flüssigkeitskreislauf im Wechsel dem Innenraum der Pumpe, dem Druckraum oder dem Transportbehälter zugeordnet werden.
Die Ansprüche 10 und 11 definieren die optimale Steuerung der Spülpumpe.
Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch die Flügelzellenpumpe mit einem erfindungsgemäß gestalteten Innen­ raum, wobei der Inneraum rechts vor dem Führungskörper und links hinter den Führungs­ körper geschnitten ist,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Flügelzellenpumpe entlang der Linie II-II in Fig. 1 längs der Achse des Rotors und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Gesamtsy­ stems der Pumpenanordnung, die einem Trans­ portmischer zugeordnet ist.
Die Erfindung soll anhand einer Flügelzellenpumpe 1 für das Fördern von silikatischen Dickstoffen 91, z. B. Mörtel oder Beton, beschrieben werden.
Die Flügelzellenpumpe 1 besteht aus einem Gehäuse 10, das an der Unterseite eines Speichers angeordnet ist. Der aus dem Speicher nach unten nachfließende Mörtel (Der Dickstoff wird in der folgenden Beschreibung stellvertretend als Mör­ tel bezeichnet) gelangt über die Dickstoffzuführung 15 in den Druckraum 17 der Flügelzellenpumpe 1.
Dieser Mörtel 91 wird durch die Flügel 3, 3′ über den Druck­ raum 17 zur Dickstoffabführung 16 bewegt.
Der Innenraum des Gehäuses hat im Mantelabschnitt 12 zwei kreisförmig gestaltete Begrenzungsabschnitte in unter­ schiedlichen Abständen zur Drehachse des Rotors 2.
Die in einer Ebene liegenden Flügel 3, 3′ gleiten nahezu spielfrei an diesen kreisförmigen Bögen und werden minde­ stens in den Übergangsbereichen im Bereich der Dickstoff­ zuführung 15 und im Bereich der Dickstoffabführung 16 auf Steuerkurven 133, 143 gleichen Durchmessers in die jeweils andere Endposition überführt.
Die beiden Flügel 3, 3′ sind über Verbindungsbolzen 31, 31′ miteinander verbunden. Mit seitlichen Vorsprüngen greifen die Flügel in einen Ringraum 131 bzw. 141 ein und werden von den dort angeordneten Steuerkurven 133, 143 vorzugsweise zwangsläufig geführt.
Die Führung der Flügel 3, 3′ in radialer Ebene erfolgt durch den Führungskörper 22 des Rotors 2.
Der Rotor 2 hat mindestens einen Lagerzapfen 21, 21′ (Fig. 2), der in einem entsprechenden Lager 11 des Gehäuses 10 mittels Rollenlager 4 geführt wird. Für die Führung der Flügel 3, 3′ ist der Führungskörper 22 mit vorzugsweise ra­ dial ausgerichteten Führungsnuten 221 ausgestattet. Diese Führungsnuten 221 sind tiefer als es der maximale Bewegungsraum der Flügel 3, 3′ erfordert.
Diesen Raum hinter dem Bewegungsraum der Flügel 3, 3′ be­ zeichnen wir mit Fußabschnitt 2211. Dieser Fußabschnitt 2211 hat hier die Funktion des Sammelraumes. Er muß nicht zwingend radial innerhalb der Bewegungsebene der Flügelkör­ per 3, 3′ liegen. Er kann auch im Abstand vom Druckraum 17 seitlich an die Führungsebene der Flügel 3, 3′ angrenzen.
Entscheidend für die Anordnung dieses Fußabschnittes 2211 ist, daß er sich quer durch den Führungskörper 22 erstreckt und im Bereich dieser Erstreckung aus dem Führungsspalt zwischen der Flügeloberfläche 3, 3′ und mindestens einer Wand der Führungsnut 221 austretenden Mörtel 91 mittels Spülflüssigkeit 51 lösen, sammeln und abführen kann.
In den Seitenwänden 13, 14 des Gehäuses 10, die im wesentli­ chen parallel zu den Stirnseiten 24 des Führungskörpers 22 angeordnet sind, sind Ringräume 131, 141 vorgesehen.
Diese Ringräume 131, 141 befinden sich in der Ebene der Fuß­ abschnitte 2211 der Führungsnuten 221.
Sie sichern die Zuführung von Spülflüssigkeit 51 in jeder Bewegungsphase des Rotors 2 zu den Fußabschnitten 2211. Für die Wirkungsweise dieser Ringräume 131, 141 ist außerdem entscheidend, daß diese möglichst unmittelbar an die Dicht­ flächen zwischen Führungskörper 221 und den Seitenwänden 13, 14 des Druckraumes 17 im Gehäuse 10 angeordnet sind.
Hierdurch ist es möglich, hier leckenden Mörtel zu lösen, zu sammeln und zu entfernen.
Die Ringräume 13, 14 sind vorzugsweise mit je einem Zulauf 132 oder einem Ablauf 142 verbunden. Zu- und Ablauf 132, 142 befinden sich vorzugsweise auf unterschiedlichen Seiten des Führungskörpers 22. Damit wird gewährleistet, daß in den Fußabschnitten 2211 der Führungsnuten 221 und in den Ringräumen 13, 14 stets eine ausreichende Strömung der Spülflüssigkeit 51 vorhanden ist, die die leckenden Mörtel­ bestandteile löst und aus dem Innenraum der Flügelzellen­ pumpe 1 fördert.
Diese so durch den Innenraum der Flügelzellenpumpe 1 geführte Spülflüssigkeit 51 wird vorzugsweise über ein ent­ sprechendes Schlauch- oder Rohrsystem, durch eine Spülpumpe 5 regelmäßig bewegt. In diesen Flüssigkeitskreislauf ist zweckmäßigerweise ein größerer Speicherbehälter 8 ein bezogen.
Die Spülflüssigkeit 51 kann dabei mehrfach durch den Innen­ raum der Flügelzellenpumpe 1 bewegt werden. Die Förderung der Spülflüssigkeit 51 erfolgt kontinuierlich oder im Puls­ betrieb während des Betriebes der Flügelzellenpumpe 1.
Ist der Pumpvorgang für den Mörtel 91 beendet, wird der Kreislauf der Spülflüssigkeit 51 mittels Mehrwegeventil 6 in den Druckraum 17 der Flügelzellenpumpe 1 umgeleitet.
Während des Reinigungsvorganges für diesen Raum kann die Flügelzellenpumpe 1 und/oder die Spülpumpe 5 im kontinuier­ lichen Betrieb arbeiten.
Hier wird die Spülflüssigkeit 51 vorzugsweise durch den Schlauch 93, dessen Ende in die Austragsöffnung des Trans­ portmischers 92 geführt wird, in den Transportbehälter ge­ füllt.
Während der Rückfahrt des Transportmischers 9 zum Bela­ dungspunkt wird der Innenraum des Transportbehälters 92 durch seine ständigen Drehbewegungen ausgespült.
Am Beladungspunkt wird das verschmutzte Spülwasser 51 abge­ lassen, ordnungsgemäß entsorgt und durch neue Spülflüssig­ keit 51 ersetzt.
Die Einordnung der Flügelzellenpumpe 1 und der Spülpumpe 5 in einen bestimmten technologischen Prozeß kann natürlich in Abhängigkeit von den jeweils bestehenden Anforderungen unterschiedlich gestaltet werden.
Zu sichern ist in jedem Falle, daß mindestens während des Betriebes der Flügelzellenpumpe 1 ein Flüssigkeitsstrom 51 kontinuierlich oder pulsierend durch den Innenraum (Rin­ gräume 131, 141 und Sammelräume 2211) der Pumpe gebührt wird und ein Ablagern von aushärtbaren Dickstoffen unter allen Umständen vermieden wird.
Zur Vermeidung extremer Konzentrationen von Dickstoffen in der Spülflüssigkeit 51, können in an sich bekannter Weise innerhalb des Kreislaufes der Spülflüssigkeit Filter oder Abscheider für Dickstoffbestandteile (nicht dargestellt) eingefügt werden.
Die Dichtabschnitte 241 zwischen den Stirnseiten 24 des Führungskörpers 22 und den Seitenwänden 13, 14 des Gehäuses werden vorzugsweise durch präzise bearbeitete, vorzugsweise geschliffene Flächen gebildet, die, wenn erforderlich, scharfkantige Übergänge zum Druckraum 17 besitzen.
Diese Gestaltung verhindert, daß körnige Bestandteile des Dickstoffes 91 in die Dichtabschnitte 241, 251 gelangen, dort eingeklemmt werden und die Flächen zerstören.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, mindestens die seitliche Begrenzungsfläche 130, 140 im Gehäuse mit einer verschleißfesten Kunststoffplatte 134, zu belegen.
Zweckmäßig ist es auch, diese Kunststoffplatte 134 mit Hil­ fe eines elastischen Ringes 135 gegen die Stirnseite 24 des Führungskörpers 22 zu drücken.
Besonders sinnvoll ist es, die Anordnung dieses Ringes 135 an der Grenze vom Druckraum zum Spalt zu gewährleisten. Der Abstand zwischen beiden Körpern läßt sich so auf ein Minimum reduzieren.
Zur Sicherung guter Laufeigenschaften des Rotors 2 im Gehäuse und im Interesse der Vermeidung von Leckverlusten der Spülflüssigkeit 51 ist es zweckmäßig, auch zwischen dem Ringraum 131, 141 und dem Rollenlager 4 für den Rotor 2 Dichtabschnitte 27, 28 vorzusehen.
Diese Dichtung erfolgt zweckmäßig nach dem bereits geschil­ derten Prinzip, wobei die Gestaltung der Dichtungen vom jeweiligen Ort der Anordnung und den angebotenen Bauelemen­ ten abhängig ist.
Bezugszeichenliste
1 Flügelzellenpumpe
10 Gehäuse
11 Lager
12 Mantelabschnitt
13 Seitenwand
130 - Fläche
131 Ringraum
132 Zulauf
133 Steuerkurve
134 Kunststoffplatte
135 Ring
14 Seitenwand
140 - Fläche
141 Ringraum
142 Ablauf
143 Steuerkurve
15 Dickstoffzuführung
16 Dickstoffabführung
17 Druckraum
2 Rotor
21, 21′ Lagerzapfen
22 Führungskörper
221 Führungsnut
2211 Fußabschnitt
23 Bohrung
24 Stirnfläche
241 Dichtabschnitt
25 Stirnfläche
251 Dichtabschnitt
252 Dichtungsring
26 Antriebsrad
27 Dichtung
28 Dichtung
3, 3′ Flügel
31, 31′ Verbindungsbolzen
32 Vorsprung
4 Rollenlager
5 Spülpumpe
51 Spülflüssigkeit
6 Mehrwegeventil
8 Speicherbehälter
9 Transportmischer
91 Dickstoff
92 Transportbehälter
93 Schlauch

Claims (11)

1. Flügelzellenpumpe für das Fördern von Dickstoffen, ins­ besondere von aushärtbaren Dickstoffen, bestehend aus einem Gehäuse,
mit äußeren und seitlichen Begrenzungsflächen für den Druckraum (17) und
mit Ein- und Auslaßöffnungen (15, 16) für den Dickstoff, und
aus einem Rotor (2),
mit mindestens einem Lagerzapfen (21),
mit einem zylindrischen Führungskörper (22),
der mehrere, radial gerichtete, nach außen und seitlich offene Führungsnuten (221) für die formschlüssige Führung von Flügeln (3, 3′) besitzt, und
mit mehreren, in den Führungsnuten (221) etwa radial bewegbaren Flügeln (3, 3′), die auch an den Seiten­ wänden (13, 14) des Gehäuses (10) dichtend gleiten,
wobei die äußeren Bereiche der Stirnseiten (24, 25) des Führungskörpers (22) mit den Seitenwänden (13, 14) des Gehäuses (10) für den Druckraum (17) einen Dicht­ abschnitt bilden und
im Gehäuse (10) außerhalb des Druckraumes (17) mindestens ein Sammelraum und eine Öffnung für das Abführen von Dickstoffen vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß je ein Ringraum (131, 141) in dem Bereich der Seiten­ wände (13, 14) vorgesehen ist,
  • - in den die den Flügeln zugeordneten Sammelräume des Führungskörpers (22), die von den Fußabschnitten (2211) der Führungsnuten (221) gebildet sind, münden,
  • - der dem Dichtungsabschnitt (241, 251) zum Druckraum (17) benachbart ist und
  • - der einen Zu- (132) und einen Ablauf (142) für eine Spülflüssigkeit (51) aufweist.
2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß an beiden Seitenwänden (13, 14) je ein Ringraum (131, 141) vorgesehen ist und
daß in einer Ringnut (131) der Flüssigkeitszulauf (132) und in der anderen Ringnut (141) der Flüssigkeitsablauf (142) angeordnet ist.
3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtabschnitt (241, 251) zwischen dem Führungs­ körper (22) und den Seitenwänden (13, 14) des Gehäuses (10), zwei zueinander parallele Flächen hoher Ebenheit und mit kleinen gegenseitigen Abstand aufweist.
4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Dichtpaarung gegen das andere Teil (134) der Dichtpaarung elastisch auslenkbar ist und
daß diesem auslenkbaren Teil (134) ein elastisches Druck­ element (135) zugeordnet ist.
5. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ringraumes (131, 141) Steuerkurven (133, 143) für die radiale Bewegung der Flügel (3, 3′) angeordnet sind.
6. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurven (133, 143) im seitlichen Abstand von den Stirnseiten (24, 25) des Führungskörpers (22) angeordnet sind.
7. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ringraum (131, 141) und dem Lager (4) des Rotors (2) im Gehäuse (10) zusätzliche Dichtelemente (27, 28) angeordnet sind.
8. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zulauf (132) für die Spülflüssigkeit (51) eine Spülpumpe (5) zugeordnet ist.
9. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kreislauf der Spülflüssigkeit (51) ein Mehrwegeventil (6) und eine Leitung für die Spülflüssig­ keit (51) zum Druckraum (17) der Flügelzellenpumpe (1) angeordnet ist.
10. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Spülflüssigkeit (51) niedriger ist als der mittlere Druck im Förderkreislauf der Flügel­ zellenpumpe (1).
11. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Pumpe eine Pulssteuerung zugeordnet ist.
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