DE2645183A1

DE2645183A1 - Umwaelzpumpe

Info

Publication number: DE2645183A1
Application number: DE19762645183
Authority: DE
Inventors: Stanley Haas Frederick
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1975-10-30
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1977-05-12
Also published as: SE7612016L; ZA766066B; ATA806076A; SE436776B; AT355764B; GB1523185A; FR2329828A1; AU1880576A; FR2329828B1; BE847712A; IT1068765B; CA1137195A

Description

Deutsche ITT Industries GmbH S.H. Frederick 4 Hans-Bunte-Str. 19, 7800 Freiburg Dr.Rl/sp

30. September 1976

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Umwälζpumpe

Die Priorität der Anmeldung Nr. 627 179 vom 30. Oktober 1975 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtersystem für Schwimmbecken und insbesondere eine Umwälzpumpe, durch die eine wählbare Wasserz-irkulation erreicht werden kann.

In der heutigen Gesellschaft sind Schwimmbecken in Wohngegenden immer beliebter und verbreiteter geworden, deren Besitzer haben jedoch die Erfahrung gemacht, daß die Kosten für die Wartung der Becken aufgrund der gestiegenen Energie- und Chemikalienkosten

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wesentlich angestiegen sind. Man hat ferner die Feststellung gemacht, daß speziell während der Abendstunden die Becken eine Lärmquelle darstellen, da das Filtersystem einen Lärmpegel erzeugt, der in einer ruhigen Wohngegend höchst unangenehm ist. Der tiefe Suinmton des Filtersystems dringt in die offenen Schlafzimmerfenster ein und hält ruhelose Schläfer oft wach.

Die Beckenbesitzer haben eine Reihe von Versuchen unternommen, um diese Probleme zu lösen. Das am häufigsten angewendete Verfahren ist das Abschalten des Filtersystems während bestimmter Perioden im Verlauf des Tages und insbesondere während der Nachtstunden. Obgleich dieses Verfahren den Lärm in der Nacht ausschließt und den gesamten Energieverbrauch verringert, führt es doch zu einer falschen Sparsamkeit und kann nicht als zufriedenstellende Lösung angesehen werden, da es das Schwimmbecken wiederum anderen Gefahren ausliefert. Abstellen des Filtersystems kann zu einer wesentlichen Gefahr für die Gesundheit werden, da es die Entwicklung eines gefährlichen Verschmutzungsgrades erlaubt^'.-'-" ^v

Wird die Umwälzpumpe für einen breiten Zeitabschnitt abgestellt, dann besteht das Risiko, daß die Algenbildung· rasch das ganze -Becken überzieht. Die Beseitigung dieser Algen erfordert hohe Dosen von algenabtötenden Chemikalien, deren Kosten bei weitem die Ersparnisse aus den Energiekosten übersteigen und außerdem "kann das Becken eine gewisse Zeit lang nicht benutzt Werden. Für gewöhnlich tötet ein oxydierender Stoff, wie z. B. Chlor, die Algen ab und hält sie in dem Becken unter Kontrolle. Die Algen verbrauchen jedoch einen gewissen Anteil des oxydierenden Stoffes, und sobald dieser in einem bestimmten Bereich des Beckens verbraucht ist, tritt ungeregeltes Algenwachstum auf, das sich rasch über das ganze Becken ausbreitet. Deshalb ist es

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wesentlich, daß das Oxydationsmittel kontinuierlich zirkuliert, um in dem Teil des Beckens, in dem dieser Stoff verbraucht ist, diesen zu erneuern. Selbstverständlich riskiert der Beckenbesitzer beim Abstellen der Umwälzpumpe ein rasches Algenwachstum und die Anhäufung von anderen Verunreinigungen in demselben, was den Gebrauch von Chemikalien zur Reinigung des Wassers erforderlichen machen kann, deren Kosten bei weitem den Gewinn aus der Energieersparung übersteigen.

Manche Beckenbesitzer haben versucht, die Algenbildung zu vermeiden, indem sie das Filtersystem in 30-Minuten-Intervallen an- und abgestellt haben. Dieses Anstellen und Abstoppen des Pumpenmotors ist jedoch äußerst schädlich für diesen und verringert dessen Lebensdauer.

Bei Beckenbesitzern, die Filter aus Diatomen-Erde benutzen, führt das Abstellen der Umwälzpumpe dazu, daß die Filter den aufliegenden Filterkuchen verlieren und die Notwendigkeit der Erneuerung der Diatomen-Erde bringt nicht unerhebliche Unannehmlichkeiten.

Beim Versuch, den Pumpenwirkungsgrad zu steigern und dabei den Energieverbrauch zu verringern, gingen die Bestrebungen in Richtung Umformung der Pumpe. Ein Schaufelrad mit kleinerem Durchmesser verringerte den Energieverbrauch, aber verringerte auch gleichzeitig die Pumpenkapazität bis zu einem Maß, daß die Zirkulationsrate nicht mehr ausreichte zum Auspumpen des Beckens und dieses nach einem Sturm oder einer häufigen Benutzung nicht mehr rasch genug gereinigt werden konnte. Außerdem ist es bei einer niedrigen Zirkulationsrate nicht möglich, den staatlichen Auflagen nachzukommen, die ein Filtersystem verlangen, das in der Lage ist, den gesamten Beckeninhalt während einer Zeitperiode von 8 bis 12 Stunden vollständig umzuwälzen, ganz wie es die jeweilige Vorschrift verlangt.

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Ein anderer energiesparender Weg bestand in der Verwendung eines langsamer arbeitenden Motors, dies führte jedoch zu den gleichen Problemen, die man mit dem kleineren Durchmesser des Schaufelrades kennengelernt hatte, und stellte ebenfalls keine zufriedenstellende Lösung dar.

Der vorliegenden Anmeldung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, durch die einmal Kosten gespart werden können und gleichzeitig den Anforderungen bezüglich Reinhaltung und Förderleistung Rechnung getragen wird. Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Die vorliegende Erfindung beschreibt demnach die Verwendung eines Pumpenmotors mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten, der eine hohe Umwälzrate bei Absaugoperationen, während der Perioden einer häufigen Benutzung oder beim Reinigen nach einem Sturm, gewährleistet, während eine geringere Umwälzrate während anderer Perioden genügt. Die niedrige Umwälzrate genügt, um das Becken vor dem Stagnieren und dem damit verbundenen Algenwachstum zu bewahren, während gleichzeitig eine merkliche Ersparnis in Bezug auf die Energiekosten erreicht wird. Die niedere Umwälzrate bringt auch einen unerwarteten Vorteil, nämlich eine wesentliche Verringerung des Lärmpegels.

Motoren mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten und mit variablen Geschwindigkeiten sind bekannt und die Methode, nach der man die variable Geschwindigkeit erzielt, hängt gewöhnlich von dem Verwendungszweck des Motors ab. Variable Geschwindigkeiten erhält man durch die Verwendung eines Transformators, während zwei unterschiedliche Geschwindigkeiten man durch die Verwendung eines Gleichrichters bekommt. Beide dieser Einrichtungen zur Erzielung einer Geschwindigkeitsänderung verbrauchen Energie

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und sind somit keine wirkungsvollen Verfahren für eine Geschwindigkeitssteuerung und können deshalb für ein wirkungsvolles Filtersystem nicht in Betracht gezogen werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Motor verwendet, bei dem die zwei Geschwindigkeiten durch die Anwendung zweier getrennter Statorwicklungen für einen zweipoligen oder vierpoligen Betrieb verwendet werden, um Nenngeschwindigkeiten von 3.500 und 1.750 Umdrehungen pro Minute zu erzielen. Der Motor ist mit einem handbetriebenen Wählschalter ausgerüstet, mit dessen Hilfe der Motor mit hoher oder niedriger Geschwindigkeit betrieben werden kann.

Gegebenenfalls kann ein Zeitmesser zur automatischen Steuerung des Motors vorhanden sein, damit dieser bei einer gewählten Geschwindigkeit während eines bestimmten Zeitablaufes läuft. Ein gesteuerter Motor kann von Hand auf unterschiedliche Geschwindigkeiten eingestellt werden, indem lediglich die Steuerscheibe auf die der gewünschten Geschwindigkeit entsprechende Periode eingestellt wird. Eine derartige von Hand durchzuführende Wahl kann zum Einstellen des Motors auf eine hohe Geschwindigkeit mit dem Ziel, das Becken nach einem Sturm zu reinigen oder auszupumpen, dienen. Das System kann auch einen Fühler enthalten, wie z. B. eine optische Vorrichtung zum Messen der Durchsichtigkeit des Wassers und zum Versorgen der für die höhere Geschwindigkeit zuständigen Wicklung mit Energie, wenn die Sauberkeit des Wassers auf ein bestimmtes Niveau gefallen ist.

Die vorliegende Erfindung genügt den gesetzlichen Anforderungen, indem sie eine Umwälzung des gesamten Wassers im Becken innerhalb von bestimmten Zeitabschnitten gewährleistet. Zusätzlich schafft sie die Möglichkeit,-die Anlage mit einer'geringeren Geschwindigkeit zu fahren, die den Energieverbrauch wesentlich verringert. Ein unerwarteter Vorteil ergibt sich auch aus der Beseitigung der Lärmbelästigung, den die Umwälzpumpe während der ruhigen Abendstunden verursacht. Das Einmalige ist, daß die günstigen Ergeb-

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nisse erreicht werden, ohne daß der Besitzer des Beckens eine Verschmutzung des Wassers riskiert, wie es der Fall ist, wenn das Filtersystem abgestellt wird, was dann die Anwendung von bedeutenden Mengen an Chemikalien zur Reinigung des Wassers erfordert. Für gewöhnlich wird bei der Bewertung des Wirkungsgrades nur der Energieverbrauch in Betracht gezogen, wird jedoch der Wirkungsgrad der Instandhaltung des gesamten Beckens berücksichtigt, so muß man das gewünschte Ergebnis, d. h. den Grad der Wasserklarheit und -reinheit den Gesamtkosten an Energie und Chemikalien und einer Reihe von nicht angreifbaren Punkten wie Lärmbelästigung, Beckenausfallzeit und Wartungszeit gegenüberstellen. Alle diese Faktoren müssen bei einer ordentlichen Ausbildung des Beckenfiltersystems in Betracht gezogen werden. Die vorliegende Erfindung sichert durch die Anwendung eines Motors mit zwei Geschwindigkeiten in einem Beckenfiltersystem den gewünschten Grad an Wasserklarheit bei merklich verringerten Gesamtkosten.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung noch deutlicher erkennen. Es werden drei Ausbildungsformen der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm des gesamten Filtersystems.

Fig. 2, 3 und 4 zeigen schematische Diagramme eines Teils der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 ist eine Grafik, die die Betriebskennlinien eines Systems, das die vorliegende Erfindung auswertet, zeigt.

Fig. 1 zeigt das Becken 10 mit dem Auslaß 12 zum Anschluß an das Filtersystem 14. Der Auslaß 12 führt in das Sieb 16, dessen

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Auslaß wiederum mit der an den Motor 20 angekoppelten Pumpe verbunden ist. Vorzugsweise sind die Pumpe 18 und der Motor als Einheit an einer einzigen Welle angekoppelt. Sieb, Pumpe und Motor werden normalerweise als zusammengefaßtes Gerät bei den Herstellern von Schwimmbecken angeboten. Sieb und Pumpe können den Vorrichtungen ähneln, die im Mar Dur Modell .1 1/2 HP21EC-A3, das von ITT Marlow vertrieben wird, vorhanden sind. Der Pumpenauslaß führt zum Filter 22, von dem dann das gefilterte Wasser in den Vorwärmer 24 kommt, von wo das erhitzte, im Umlauf befindliche Wasser wieder in das Becken 10 zurückgelangt. Es gibt eine ganze Reihe von käuflichen Filtern und Vorwärmern / die in dem vorliegenden System benutzt werden können und die Auswahl einer besonderen Type ist nicht erfindungswesentlich.

Der Motor 20 in der vorliegenden Erfindung ist ein Motor mit zwei Geschwindigkeiten mit den Nenngeschwindigkeiten von 1.750 und 3.500 Umdrehungen pro Minute. Die zwei Geschwindigkeiten lassen sich durch die Verwendung doppelter Statorwicklung erzielen, die selektiv einen Betrieb über zwei oder vier Pole ermöglicht. Durch die Verwendung der doppelten Statorwicklungen läßt sich ein höherer Energiewirkungsgrad erzielen mit anderen Einrichtungen zur Veränderung der Geschwindigkeit wie Gleichrichter oder Drehkondensatoren. Ein Motor zur Verwendung im Wohnbereich besitzt normalerweise die Größe von 1/3 bis 2 Ps, was den Anforderungen bei derartigen Becken im allgemeinen ge- · nügt. Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei größer dimensionierten Motoren und Becken verwendet werden. Der Motor ist entweder für 115 oder 230 V Wechselstrom ausgelegt. Bei der Ausbildungsform nach Fig. 2 ist der Motor mit einem von Hand zu betätigenden Schalter 26 ausgerüstet, der ein einpoliger Schalter ist. Wird der Schalter nach der einen Seite bewegt, so steht die Wicklung unter Strom, die für eine hohe Geschwindigkeit verantwortlich ist, während in der anderen Stellung die für eine niedrige Geschwindigkeit zuständige Wicklung angeregt wird.

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Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Schaltungsanordnung für einen 230 V Wechselstrom-Motor, der eine Kontrolle von den beiden Energiezuleitungen durch den Schalter erfordert. Deshalb wird ein zweipoliger Umschalter 28 verwendet.

Fig. 4 zeigt eine etwas verfälschte Ausbildungsform der Erfindung, in der der Zeitschalter 30 zur automatischen Steuerung der Motorgeschwindigkeit im Verlauf der durch den Eigentümer ausgewählten Zeitabschnitten dient. Der Zeitschalter kann dem dem Schalter GE CR121BAO2 ähneln, der bei einem 1/2 PS-Motor verwendet wird. In Abhängigkeit von der Motorengröße kann zusammen mit dem Zeitschalter ein Relaiskontrollschalter erforderlich sein, um schädliche Effekte eines hohen Stromes auf die Schaltkontakte zu verhindern, dies ist jedoch eine Sache der Konstruktionsweise und nicht ein Teil der vorliegenden Erfindung. Für den Fall, daß der Motor mit einer anderen Geschwindigkeit als der auf dem Zeitschalter eingestellten betrieben werden soll, kann die Einstellscheibe des Zeitschalters gedreht werden, bis die Geschwindigkeit sich ändert. Wird die andere Geschwindigkeit nicht mehr gewünscht, so braucht der Zeitschalter nur durch Drehen der Wählscheibe zurückgestellt werden. Natürlich können auch getrennte Begrenzungsschalter und Schalter zum Abstellen der Stromzufuhr verwendet werden. Der Zeitschalter wird mittels einer herkömmlichen Wechselstromquelle erregt und liefert zwei Ausgangssignale, die entweder in die Wicklung für die hohe Geschwindigkeit oder in die Wicklung für die niedrige Geschwindigkeit gehen.

In einer anderen und etwas verfälschten Ausbildungsform kann der Zeitschalter 30 durch einen Meßfühler ersetzt sein, der die Wasserklarheit bestimmt und die für die hohe Umwälzgeschwindigkeit verantwortliche Spule erregt, wenn die Durchsichtigkeit auf ein bestimmtes Niveau gefallen ist.

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Der Meßfühler kann ein optisches Gerät sein, das die Lichtiiienge mißt, die durch eine bestimmte Menge des Wassers im Becken hindurchgeht. Der Meßfühler kann in einem durchscheinenden Teil des Filterrohrsystems oder in dem Becken selbst montiert sein.

Fig. 5 zeigt eine Grafik der Betriebskennlinien einer typischen Pumpenkombination, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Der speziell verwendete Pumpenmotor wurde von der NSF (National Science Fondation) als Motor mit einer Leistung von 1 PS eingestuft. Die Grafik zeigt die Strömungskurven (H.Q.) bei 3.500 und 1.750 Umdrehungen pro Minute, wobei die Strömungsrate in Gallonen pro Minute gegen die Gesamtförderhöhe in Fuß aufgetragen ist. Die Leistungskurven für die gleichen Geschwindigkeiten zeigen den Energieverbrauch bei jeder Betriebsgeschwindigkeit in Watt, aufgetragen gegen die Strömungsrate in Gallonen pro Minute. Den Kurven ist die Förderkurve für das gesamte Umwälzsystem überlagert, sie verkörpert die möglichen Betriebspunkte für eine spezielle Installation in einem Becken. Aus der Betrachtung der Fig. 5 erkennt man, daß die nominelle Motorgeschwindigkeit von 3.500 Umdrehungen pro Minute eine Strömungsrate von 45 Gallonen pro Minute bei einem Energieverbrauch von 1.080 Watt in dem speziellen System bewirkt. Bei einer Geschwindigkeit von 1.750 Umdrehungen pro Minute erzielt man eine Strömungsrate von 21 Gallonen pro Minute bei einem Energieverbrauch von 200 Watt. Aus der entsprechenden Kurve erkennt man, daß bei angenäherter Halbierung der Strömungsrate der Energieverbrauch auf 1/5 sinkt. Vergleichbare Ergebnisse lassen sich mit ähnlichen Systemen und anderen Motorgrößen erreichen.

Der zur Erreichung der Daten in Fig. 5 verwendete 1 PS-Motor besitzt eine ausreichende Pumpenkapazität für ein Becken von 121,6 cbm, so daß der ganze Beckeninhalt innerhalb einer Perio-

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de von 12 Stunden filtriert wird, was den gesetzlichen Auflagen entspricht. Wird der Betrieb bei hoher Geschwindigkeit unter Verwendung von Motoren nach dem Stand der Technik 24 Stunden täglich aufrechterhalten, würden bei einem 30-tägigen Monat 777,6 kW verbraucht werden, was bei einem kW-Stundenpreis von 0,05 £ eine Summe von 38,88 0 ausmachen würde. Wird der Motor mit hoher Geschwindigkeit nur während der Hauptbenutzzeit laufen gelassen, was ca. 8 Stunden pro Tag betragen dürfte, so reduziert sich der Energieverbrauch auf 355,2 kW, die monatlichen Kosten damit auf 17,76 $ und die Ersparnis auf 21,12 fi. Zieht man in Betracht, daß die Energiekosten laufend steigen, dann wird der ersparte Betrag wahrscheinlich noch zunehmen.

Ein weiterer wichtiger, unerwarteter Vorteil, der sich mit der vorliegenden Erfindung verwirklichen läßt, liegt in der wesentlichen Verringerung des Lärmes, die sich aus dem Betrieb bei geringerer Geschwindigkeit ergibt. Der Lärmpegel in einer ruhigen Wohngegend steigt um 14,5 db bei der Standard-Prüfdistanz von 1 m vom Motor entfernt, wenn die für die hohe Geschwindigkeit zuständige Wicklung erregt wird. Bei niedriger Geschwindigkeit beträgt der Anstieg lediglich 0,5 db in 1 η Abstand und in 1,5 m Abstand läßt sich ein Anstieg überhaupt nicht mehr feststellen.

Weitere Tests zeigten, daß der Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit zu einer 68 %igen Verringerung des Lärmpegels führte. Diese Tests wurden unter idealen Bedingungen durchgeführt, ohne lärmreflektierende Flächen, so daß der Motorenlärm um volle 360° ohne Erzeugung irgendeines Echos sich ausbreiten konnte.

In der Praxis kann der Motor neben einem Gebäude, einer Wand oder einer Umzäunung installiert sein, wobei das reflektierte Geräusch das Problem der Lärmbelästigung nicht unerheblich verstärkt. Der sich steigernde Lärmpegel wird in Dezibel (db) oder

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dem Lärmdruck gemessen und mag auf dem Papier unwesentlich erscheinen, er kann jedoch in der Stille der Nacht höchst unangenehm werden. Deshalb schafft die vorliegende Erfindung eine wesentliche Verringerung der Lärmbelästigung durch Betrieb bei niedriger Geschwindigkeit.

Aus dem Gesagten wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung wirklich ein wesentlich wirksameres Wartungssystem für Schwimmbecken schafft, das weniger Energie und Chemikalien zur Erreichung des gewünschten Reinheitsgrades des Wassers erfordert. Durch Schaffung des verbesserten Wirkungsgrades beseitigt das System nach der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Gefahrenpunkten, wie z. B. das Algenwachstum, das hohe Verschmutzungsniveau, die verringerte Motorlebensdauer, verursacht durch das häufige An- und Abstellen des Motors, und die schädigende Wirkung des Absteilens der Pumpe auf ein Diatomen-Filter, alles Maßnahmen, die beim Stande der Technik zur Verringerung des Energieverbrauches angewendet werden. Zusätzlich zu den oben erwähnten Vorteilen sorgt die vorliegende Erfindung für eine wesentlich verringerte Lärmbelästigung und Beschwerden seitens der Nachbarn.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Umwälzpumpe zur Verwendung in einem Filtersystem für Schwimmbecken, gekennzeichnet durch die folgenden Bestcindteile: einen Förderteil (18), einen an diesem angeschlossenen Motor (20), der zur Erzielung unterschiedlicher Umwälzraten mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten angetrieben werden kann, und einer Schaltvorrichtung zur Festlegung der Motorgeschwindigkeit, wobei die gewünschte Umwälzrate für den maximalen Wirkungsgrad des Filtersystems erreicht wird.
2. Umwälzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (20) zwei Statorwicklungen enthält, die zur Erreichung der gewünschten Umwälzrate selektiv über den Schalter mit Energie versorgt werden können.
3. Umwälzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (20) eine zweipolige und vierpolige Statorwicklung hat zum Betrieb bei den nominellen Geschwindigkeiten von 1.750 und 3.500 Umdrehungen pro Minute.
4. Umwälzpumpe nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter eine Vorrichtung zur Wahl einer hohen Umwälzrate oder niedrigen Umwälzrate beinhaltet.
5. Umwälzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Zeitschalter zur Steuerung des Schalters vorhanden ist, um automatisch bestimmte Umwälzraten während bestimmter Zeitperioden zu wählen.

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6. Umwälzpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Vorrichtung vorhanden ist, die zwecks Auswahl einer gewünschten Umwälzrate der manuellen Ausschaltung des Zeitschalters dient.

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