DE2148732A1

DE2148732A1 - Pulsationsvorrichtung

Info

Publication number: DE2148732A1
Application number: DE19712148732
Authority: DE
Inventors: Fontein Freerk Jan; Martinus Ploeg; Linden Jacques Van
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1970-09-29
Filing date: 1971-09-29
Publication date: 1972-03-30
Also published as: GB1306628A; FR2112990A5; YU35661B; SE377958B; CS167949B2; JPS5323526B1; ES198137Y; CH563804A5; ES198137U; CA955150A; PL77918B1; DE2148732C2; BE773169A; NL7014268A; YU241171A; US3719204A

Description

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TELEFON; SAMWEL-NR. 225341

TELEGRAMME: ZUMPAT

POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139

BANKKONTO:
BANKHAUS H. AUFHÄUSER

8 MÜNCHEN 2,

STAMICARBON N.V., HEERLEN (die Niederlande)

Pulsationsvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pulsationsvorrichtung, wobei e?5 zwischen dieser Vorrichtung und einer Kolonne eine FlUssigkeitsverbindung gibt. Pulsationsvorrichtungen dieser Art sind allgemein bekannt und können aus einem hin- und hergehenden Kolben oder einer (einem) mechanisch bewegbaren Membrane oder Balg bestehen.

Aufgabe der Erfindung ist eine neue Pulsationsvorrichtung für eine Pulsationskolonne.

Die erfindungsgemSsse Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Pumpenumlauf mit Drehklappenmechanismus, welcher Pumpenumlauf zumindest einen Anschluss mit der Kolonne aufweist.

Das Arbeiten mit einem solchen Umwälzsystem und einer Drehklappenvorrichtung als Pulsator stellt eine konstruktiv einfache Lösung dar, welche wenig Energiekosten erfordert und sich ferner durch einen kompakten Bau auszeichnet. Ausserdem ist eine Rotationsbewegung abdichtungstechnisch gesehen zwockmSssiger als eine durch Kolben, Membrane oder Balg ausgelöste hin- und hergehende Bewegung, besonders im Falle einer Abdichtung gegen explosive, korrodierende oder giftige Flüssigkeiten unter hohem Druck. Das Pumpenuialaufsystom kann nSmlich mit einer der Kolonnenflilssigkeiten gefüllt werden, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, die Vorrichtung unter höherem Druck zu betreiben.

Eine Drehklappe für die Pulsationsvorrichtung kann bestehen aus einem zylindrischen Gehäuse mit - zur halben Höhe - zwei diametral gegenübereinander liegenden Anschlüssen für das Pumpenumwälzsystem und Kolonnenanschlüssen nahe am itusseren Ende dieser Anschlüsse, sowie aus einer im Gehäuse

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drehbar gelagerten Spindel mit auf ihr montierter Schikane von solcher Form, dass bei Drehung dieser Schikane wechselweise zwischen den beiden Anschlüssen des Pumpenkreislaufsystems und dem einen bzw. dem anderen Kolonnenanschluss eine Flüssigkeitsverbindung hervorgerufen wird.

Bei der geschilderten Konstruktion wirkt auf die Spindel eine wechselnde axiale Belastung. Die einseitige radiale Belastung tritt dahingegen stossweise auf. Manchmal ist die Anwendung der Vorrichtung bei einer einzeigen Pulsationskolonne nicht so einfach zu verwirklichen. Sollten sich bei diesen beiden Punkten Schwierigkeiten einstellen, so wird der Drehklappenmechanismus doppelt ausgeführt, schliessen sich die Klappen eine nach der anderen und ist die eine Klappe in der Saugleitung und die andere in der Druckleitung des Pumpenumwälzsystems untergebracht, während zwischen jeder Klappe und der Pumpe ein Windkessel vorgesehen ist.

Die Drehklappen des Mechanismus lassen sich wechselweise schliessen, wenn beide Klappen mechanisch verkuppelt sind und sich z.B. um dieselbe Spindel drehen. Vorzugsweise haben beide Klappen eine gemeinsame Spindel und schliessen sie an derselben Stelle an die Pulsationskolonne an.

Zur Erreichung des notwendigen Gleichgewichts befindet sich dieser gemeinsame Kolonnenanschluss in der Verlängerungslinie der Spindel und wird die Spindel vertikal montiert.

Gemäss einer Ausföhrungsform, auf die sich die Erfindung nicht beschränkt , kann der Klappenmechanismus als ein senkrecht aufzustellendes zylindrisches Gehäuse ausgebildet sein, in dessen Verlängerung sich der Kolonnenanschluss erstreckt, welches Gehäuse am Boden durch eine Wand abgeschlossen ist, durch die das Ende einder Spindel steckt, auf der eine Klappe montiert ist, bestehend aus zwei radial angeordneten Flügeln, an deren äusseren Enden jedesmal eine konzentrisch zum Gehäuse, sich über einen Winkel von etwa 135 erstreckende gebogene Schikane angebracht ist, und welches Gehäuse vier regelmässig über den Umfang verteilte öffnungen aufweist, die sich über einen Winkel von etwa 45 erstrecken, wobei die einander gegenüberliegenden öffnungen über einen oder mehrere Windkessel an die Druckseite bzw. an die Saugseite der Pumpe angeschlossen sind. Jede der Öffnungen kann auf einen Windkessel angeschlossen sein, es können auch die gegenüberliegenden Öffnungen paarweise an einen einzigen Windkessel angeschlossen sein.

Es ist nicht unbedingt notwendig, dass sich die Klappen am gleichen Moment schliessen bzw. Offnen; ein kleiner Leckstrom im Betrieb ist noch

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zulffssig. Allerdings muss ein geringer Rückgang der Pumpenleistung mit im Kauf genommen werden. Eine leichte Abweichung der genannten Winkel von 135 und 45 kann darum hingenommen werden.

Es wird jetzt anhand der Zeichnung die Art und Weise, wie die Erfindung praktisch durchführbar ist, näher erlSutert. Es zeigen: Fig. 1. Eine scheraatische Darstellung von zwei Pulsationskolonnen mit

gemeinsamer erfindungsgemSsser Pulsationsvorrichtung; Fig. 2. Einen Längsschnitt eines bei der erfindungsgemässen Vorrichtung benutzten Drehklappenmechanisraus;

Fig. 3. Einen Querschnitt gemäss der Linie HI-III von Fig. 2; Fig. 4. Eine schematische Darstellung einer einzigen Kolonne mit erfindungsgema*sser Pulsationsvorrichtung;

Fig. 5. Eine schematische Darstellung eines doppelt ausgeführten Klappenmechanismus mit nur einer Pulsationskolonne und zwei Windkesseln ; Fig. 6. Einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Drehklappe zur Anwendung bei der Vorrichtung von Fig. 5, wobei der Klappenmechanismus für zwei Windkessel geöffnet ist;

Fig. 7. Einen Querschnitt gemSss der Linie A-A von Fig. 6, wobei der Klappenmechanismus für die Windkessel gesperrt ist ; und

Fig. 8. Eine perspektivische Ansicht der unteren Seite einer Pulsationskolonne, ausgestattet mit einer Vorrichtung gema*ss den Figuren 6 und 7. Fig. 1 zeigt zwei Pulsationskolonnen 1 und 2, die je über eine gewisse Länge mit der schematisch angegebenen Dichtung 3 und 4 ausgestattet sind. Ober- und unterhalb dieser Dichtung sind Sammelräume 5 und 7 für die schwere Phase und Samraelräume 6 und 8 für die leichte Phase vorgesehen. Die leichte Phase wird bei 9 und 11 ein- und bei 13 und 15 abgeführt; die schwere Phase tritt dahingegen bei 10 und 12 ein und geht bei 14 und 16 ab.

Jede Kolonne 1 bzw. 2 zeigt über Anschluss 17 bzw. 18 eine Flüssigkeitsverbindung mit einer Drehklappe 19. Diese Drehklappe 19 ist Teil eines Pumpenkreislaufs 20, bestehend aus einer vom Motor 22 angetriebenen Pumpe 21, einer Leitung 23 zwischen Austritt der Pumpe 21 und Eintritt der Klappe 19, sowie einer Leitung 24 zwischen Austritt der Klappe 19 und Eintritt der Pumpe Die Drehklappe 19 kann von einem Motor 25 angetrieben werden.

Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten des Klappenmechanismus 19. Er besteht aus einem zylindrischen GehSuse 26, das allseitig durch mit Zustangen verbundene Flansche 27 und 28 abgeschlossen ist. In diesen Flanschen 27 und

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ist eine Spindel 29 drehbar gelagert. In der Wand des zylindrischen Gehäuses sind insgesamt vier Anschlüsse vorgesehen und zwar zwei diametral gegenübereinander befindliche Anschlüsse 30 und 31, an die die Leitungen 23 und 24 des Pumpenumwälzsystems 20 angeschlossen sind, und zwei mehr in der Nähe der Flansche 27 und 28 befindliche Anschlüsse 33 und 34, an die die mit der unteren Seite der Kolonne 1 bzw. 2 verbundenen Leitungen 17 und 18 angeschlossen sind.

Auf der Spindel 29 der Klappe 19 ist eine Schikane von solcher Form montiert, dass bei Drehung dieser Spindel wechselweise zwischen beiden Anschlüssen 30 und 31 des Pumpenumlauf systems 20, und dem Anschluss 33 zur · k Kolonne 1 bzw. dem Anschluss 34 zur Kolonne 2 und umgekehrt eine Flüssigkeitsverbindung hergestellt wird.

Die Schikane kann als eine flache Platte von elliptischer Form ausgebildet und schräg auf der Spindel 29 montiert sein. Diese Konstruktion ist in den Figuren 1 und 4 schematisch bezeichnet.

Eine in technischer Hinsicht einfachere Konstruktion ist in den Fig. 2 und 3 zu sehen. Die Schikane setzt sich dabei zusammen aus zwei halbkreisförmigen Platten 35 und 36, welche senkrecht zu der Spindel 29 und zwischen den Anschlüssen 33 und 30; 31 einerseits und den Anschlüssen 30, 31 und 34 andererseits angeordnet sind, sowie aus zwei rechtwinkligen Platten 37 und 38, welche zu beiden Seiten der Spindel 29 an den Platten 35 und 36 anliegen.

Zur Vermeidung allzu grosser Druckpulsationen sind die beiden rechtwinkligen Platten 37 und 38 an ihren Enden mit gebogenen Schikanen 39 bzw. 40 W versehen, wodurch ein allmähliches Schliessen und Öffnen der Ein- und Austrittsöffnungen 30 und 31 möglich ist und zugleich ein Kurzschluss des Pumpenkreislaufs vermieden wird.

Die Wirkung der erfindungsgemässen Vorrichtung wird anhand von Fig. erläutert. Durch die zwei Kolonnen 1 und 2 bewegen sich im Gegenstrom die beiden Phasen. Die beiden Anschlussleitungen 17 und 18, sowie die Klappe 19 und die übrigen Teile des Umwälzsystems 20, sind gleichfalls mit Flüssigkeit gefüllt. Vorzugsweise wird wegen des spezifischen Gewichts hierfür die schwere Phase gewählt, es kann aber auch eine andere Flüssigkeit verwendet werden, vorausgesetzt dass diese schwerer ist als die schwere Phase und nicht damit vermischt werden kann. Die Pumpe 21 wird durch den Motor 22 eingeschaltet und zwar gleichzeitig mit der Drehklappe 19, welche durch den Motor 25 betätigt wird.

In dem in Fig. 1 durch die gezogene Linie angegebenen Stand der

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Klappe 19 wird Flüssigkeit aus dem Kreislaufsystem 20 über die Leitung 23, die Klappe 19 und den Anschluss 18 in die Kolonne 2 gepresst, und gleichzeitig wird die gleiche Menge Flüssigkeit aus der Kolonne 1 über den Anschluss 17, die Klappe 19 und die Leitung 24 in das Umwälzsystem 20 gesaugt. Das Klappenventil 19 nimmt nach Drehung über 180 den in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Stand ein, in dem Flüssigkeit aus dem Kreislaufsystem 20 über die Leitung 23, Klappe 19, Anschluss 17 in Kolonne 1 gepresst wird und die gleiche Menge Flüssigkeit aus Kolonne 2 über Anschluss 18, Klappe 19 und Leitung 24 das Umwälzsystem 20 verlässt.

Es entsteht in beiden Kolonnen eine Pulsationsbewegung. Die Drehzahl des Klappenventils 19 ist dabei ein direktes Mass für die Pulsationsfrequenz in den Kolonnen. Die Amplitude der Pulsationen wird u.a. bedingt durch die Drehzahl der Klappe 19 und die Kapazität der Pumpe 21, während die Form der Pulsationen auch von der Form der gebogenen Schikanen 39 und 40 (Fig. 3) abhängig ist.

Beim Rundpumpen der Flüssigkeit im Umwa*lzsystem 20 steigt selbstverständlich die Temperatur der Umlaufflüssigkeit an. Um diesen Temperaturanstieg beschränkt zu halten, kann das Gehäuse 26 der Drehklappe 19 aussenseitig met Kühlrippen (nicht eingezeichnet) versehen sein.

In Fig. 1 sind zwei Kolonnen an den Pumpenkreislauf angeschlossen; wird nun eine einzige Kolonne benötigt, so kann eine der beiden Kolonnen durch einen Windkessel (nicht eingezeichnet) ersetzt werden. Andererseits ist es beim Einsatz einer einzigen Kolonne auch möglich, den einen Kolonnenanschluss der Drehklappe mit der unteren Seite der Kolonne und den anderen Kolonnenanschluss mit der oberen Seite der Kolonne zu verbinden. Diese Konstruktion ist in Bild 4 dargestellt, wo Flüssigkeit aus dem Umwälzsystem 120 über den Drehklappenmechanismus 119 entweder durch die Anschlussleitung 117 nach der unteren Seite der Kolonne 101 oder durch Anschlussleitung 118 nach der oberen Seite der Kolonne 101 verpumpt wird und eine gleiche Menge Flüssigkeit durch die andere Leitung aus Kolonne 101 in das UmwSlzsystem eingespeist wird. In Fig. 5 ist 201 die untere Seite einer Pulsationskolonne. Die Pulsationsbewegung der Flüssigkeit in der Kolonne 201 wird hervorgerufen durch zwei Drohklappen 202 und 203, zwei Windkessel 204 und 205 und eine Pumpe 206, welche Elemente auf die angegebene Weise das an die Kolonne 201 angeschlossene Pumponumwälzsystern bilden. Die beiden Klappen 202 und 203 sind so konstruiert, dass sie sich der Reihe nach öffnen und schliessen.

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Wenn die Klappe 203 geöffnet und die Klappe 202 geschlossen ist, fliesst Flüssigkeit aus dem Windkessel 205 in die Kolonne 201, wodurch ein aufwärtsgerichteter Pulsationshub in der Kolonne 201 hervorgerufen wird. Beim Schliessen der Klappe 203 öffnet sich die Klappe 202 und strömt Flüssigkeit aus der Kolonne 201 in den Windkessel 204, was in Kolonne 201 ein abwärtsgerichteter Pulsationshub zur Folge hat. Weil durch Pumpe 206 kontinuierlich Flüssigkeit in der durch Pfeile angegebenen Richtung befördert wird, herrscht im Windkessel 205 bei geschlossener Klappe 203 ein Überdruck im Vergleich zu dem Druck in Kolonne 201 und im Windkessel 204 bei geschlossener Klappe 202 ein Unterdruck im Vergleich zum Druck der Kolonne 201. Weil die Frequenz relativ hoch ist, z.B. 150 Pulsationen in der Minute, schwankt das Flüssigkeitsniveau in den Windkesseln 204 und 205 geringfügig.

In den Fig. 6, 7 und 8 ist ein Ausführungsbeispiel der Pulsationsvorrichtung dargestellt. In den Fig. 6 und 8 ist die untere Seite der Pulsationskolonne 201 eingezeichnet, wobei es zwischen dieser Kolonne über Anschluss eine Flüssigkeitsverbindung gibt mit der Drehklappe. Der Klappenmechanismus besitzt ein zylindrisches Gehäuse 224, das sich in der Verlängerungslinie des Anschlusses 222 befindet und am Boden durch eine Wand 225 abgeschlossen ist, durch die das Ende 226 einer Spindel steckt. Dieses Ende 226 ist ausserhalb des Klappengehäuses 224 gelagert und kann mit Hilfe eines ausserhalb des Gehäuses angebrachten, konstruktiv nicht naher angegebenen Mechanismus angetrieben werden. Das Spindelende 226 trägt eine Nabe 227, welche über zwei radial angeordnete Flügel 228 in Verbindung steht mit einer zylindrischen Schikane 229, welche an zwei gegenübereinanderliegenden Stellen mit Öffnungen versehen ist, welche sich jede über einen Winkel von etwa 45 erstrecken (Fig. 7). Das zylindrische Gehäuse 224 besitzt vier über den Umfang verteilte Öffnungen 231, die jede gleichfalls einen Winkel von etwa 45 umfassen. Durch diese Anordnung werden bei Drehung der Spindel 226 jedesmal zwei gegenübereinander liegende Öffnungen 231 gleichzeitig geöffnet oder aber geschlossen.

Über Rohrstutzen 232 sind die gegenübereinanderliegenden Öffnungen 231 an Druckwindkessel 234 angeschlossen. Die zwei anderen gegenübereinander liegenden Öffnungen 231 sind auf ähnliche Weise an Saugwindkessel 233 angeschlossen. Beide Windkesselpaare stehen an der unteren Seite über Leitungen 238, 239, 240 bzw. 235, 236, 237 mit der Druck" bzw. Saugseite einer Pumpe 241 in Verbindung (Fig. 7 und 8).

An der oberen Seite sind die gegenübereinander angeordneten Windkessel 233 und 234 gemäss Fig. 8 jedesmal durch eine Druckausgleichsleitung 242 bzw.

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gegensei t ig vorblinden (Fig. 8).

In dor Kolonne? 201 ist gemäss Fig. 6 nahe am Boden ein Haube 244 angebracht, welche einerseits der in die Kolonne eintretende Flüssigkeitsstrahl Über den Kolonnenquerschnitt verteilt und anderseits verhindert, dass Teilchen aus der Kolonne 201 Ober den Anschluss 222 in den Klappenmechanismus geraten können.

Im Betrieb wird die Pumpe gleichzeitig mit dem Antrieb der Klappe eingeschaltet. Die Druckdifferenz zwischen den Druckwindkesseln 205 bzw. und den Saugwindkesseln 204, bzw. 233 ist an jedem Zeitpunkt nahezu gleich und der Druck in den Windkesseln schwankt stets nur wenige Zehntel Atmosphäre. Demzufolge arbeitet die Pumpe 241 stets ungefähr auf demselben Punkt ihrer Charakteristik und kann deshalb optimal bemessen werden.

Die Öffnungen 230, bzw. 231 sind gemäss der Zeichnung kreisförmig; sie können aber auch eine andere Form aufweisen.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

f 1 Tj Pulsationsvorrichtung, wobei es zwischen dieser Vorrichtung und einer \y Kolonne eine Flüssigkeitsverbindung gibt, gekennzeichnet durch einen Pumpenkreislauf, in dem eine Drehklappe untergebracht ist und der zumindest einen Anschluss an die Kolonne aufweist.
2. Drehklappenmechanismus, anzuwenden bei der Vorrichtung gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Gehäuse mit - zur halben Höhe zwei diametral gegenübereinander liegenden Anschlüssen für das Pumpenumwälzsystem und einigen Kolonnenanschlüssen nahe an jedem äusseren Ende, sowie durch eine im Gehäuse drehbar gelagerte Spindel mit auf ihr montierter Schikane von solcher Form, dass bei Drehung dieser Schikane wechselweise zwischen den beiden Anschlüssen des Pumpenkreislaufsystems und dem einen bzw. dem anderen Kolonnenanschluss eine Flüssigkeitsverbindung hervorgerufen wird.
3. Drehklappenmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die Schikane eine elliptische Form aufweist.
4. Drehklappenmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schikane zusammensetzt aus zwei halbkreisförmigen Platten senkrecht zur Spindel, sowie aus zwei rechtwinkligen Platten zu beiden Seiten der Spindel, welche zwischen den erstgenannten Platten liegen und an sie anschliessen.
5. Drehklappenmechanismus nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schikane zu beiden Seiten der Drehungsachse mit zwei diametral gegenübereinander liegenden Wänden versehen ist.
G. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jeden Kolonnenanschluss eine Pulsationskolonne angeschlossen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kolonnenanschlüsse an einen Windkessel angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Kolonnenanschlüsse mit der unteren Seite der Kolonne und der andere Kolonnenanschluss mit der oberen Seite der Kolonne verbunden ist.
9. Pulsationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehklappenmechanismus doppelt ausgeführt ist, die Klappen (202, 203) sich der Rei»!« nach schliessen und die eine Klappe 202 in der Saugleitung und rl]*¹ Rnrf'irv Klappe 203 in der Druckleitung des Pumpemimwfflzsysteins unter-

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gebracht ist, wobei ausserdem zwischen jeder Klappe und der Pumpe 206 ein Windkessel 204, 2O5 vorgesehen ist.
10. Drehklappenmechanismus anzuwenden in der Vorrichtung gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beide Klappen mechanisch verkuppelt sind.
11. Drehklappenmechanismus anzuwenden in der Vorrichtung gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beide Klappen um dieselbe Spindel drehen.
12. Drehklappenmechanismus gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beide Klappen auf derselben Spindel angebracht sind und einen gemeinsamen Kolonnenanschluss aufweisen.
13. Drehklappenmechanismus gemäss den Ansprüchen 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kolonnenanschluss sich in der Verlängerunglinie der Spindel befindet und die Spindel senkrecht angeordnet ist.
14. Drehklappenmechanismus gemäss den Ansprüchen 10-13, gekennzeichnet durch ein senkrecht aufzustellendes zylindrisches Gehäuse (224), in dessen Verlängerungslinie sich der Kolonnenanschluss (222) erstreckt, welches Gehäuse am Boden durch eine Wand (225) abgeschlossen ist, durch die das Ende (226) einer Spindel steckt, auf der eine Klappe angebracht ist, bestehend aus zwei radial angeordneten Flügeln (228), an deren äusseren Enden jedesmal eine konzentrisch zum Gehäuse, sich über einen Winkel von etwa 135 erstreckende gebogene Schikane angebracht ist, welches Gehäuse vier regelmässig über den Umfang verteilte Öffnungen (230) besitzt, die sich über einen Winkel von etwa 45° erstrecken, wobei die einander gegenüberliegenden Öffnungen (231) über einen oder mehrere Windkessel (234, 233) an die Druckseite bzw. an die Saugseite der Pumpe (241) angeschlossen sind.

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