DE2844732A1 - Solar radiation powered pump - has piston reciprocated by bimetallic element alternately radiation heated and pumped liquid cooled - Google Patents
Solar radiation powered pump - has piston reciprocated by bimetallic element alternately radiation heated and pumped liquid cooledInfo
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Abstract
Description
Flüssigkeitspumpe Liquid pump
Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitspumpe mit einem antreibbaren Förderelement, zum Beispiel mit einem in einem Verdrängungszylinder geführten Verdrängungskolben.The invention relates to a liquid pump with a drivable Conveying element, for example with a displacement piston guided in a displacement cylinder.
Aufgrund der stetig wachsenden Kosten für Energie, die zum Antrieb von Maschinen geeignet ist und aufgrund der immer knapper werdenden Energieträger wie Ö1, Kohle und dergleichen, ist man bestrebt, für die Belange der Technik andere Energiequellen, wie zum Beispiel Sonnenenergie nutzbar zu machen.Because of the ever increasing cost of energy used to drive it of machines and because of the increasingly scarce energy sources like oil, coal and the like, one strives for the interests of technology others To make energy sources, such as solar energy, usable.
Dies insbesondere in wirtschaftlich und technisch unterentwickelten bzw. heißen und wüstenreichen Ländern, wo man zum Beispiel bemüht ist, d.en weitgehend unfruchtbaren Bod.en durch künstliche Bewässerung urbar zu machen. Diesen Bemühungen stellt sich trotz intensiver Unterstützung seitens der hochindustrialisierten Welt das Energieproblem als oft unüberwindbares Hemmnis entgegen. Zwar bietet sich gerade in sehr heißen Ländern die Sonneneinstrahlung als Energieträger an, jedoch erford.ert deren Umsetzung in elektrische Energie für den Betrieb von Maschinen und somit auch von Wasserpumpen wiederum einen hohen technischen und wirtschaftlichen Aufwand.This is especially true in the economically and technically underdeveloped or hot and desert-rich countries, where efforts are made, for example, i.e. largely to make sterile soil arable through artificial irrigation. These efforts arises despite intensive support from the highly industrialized world the energy problem as an often insurmountable obstacle. Admittedly this is the case right now In very hot countries, solar radiation is used as an energy source at, however, it requires conversion into electrical energy for the operation of machines and thus also of water pumps, in turn, a high technical and economic Expenditure.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitspumpe der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß für deren Betrieb die natürliche Wärmeenergie, zum Beispiel Solarwärme oder auch künstliche, anderen Zwecken d.ienende Wärmeträger, wie Rauchgasführungen, Abwasserführungen, Pipelines oder dergleichen ausgenützt werd.en kann, ohne daß hierfür ein hoher technischer Aufwand erforderlich ist.The present invention is therefore based on the object of a Design liquid pump of the type mentioned so that for their operation the natural thermal energy, for example solar heat or artificial, others Purposes of the heat transfer medium, such as flue gas ducts, sewer ducts, pipelines or the like can be used without the need for a high technical Effort is required.
Diese Aufgabe wird. gemäß der Erfindung d.adurch gelöst, daß als Antrieb für das Förderelement ein unter d.er Einwirkung einer externen Wärmequelle vorzugsweise von Solarwärme seinen Grundzustand. geometrisch veränd.erndes Mittel vorgesehen ist, d.as in der Stellung größter Zustandsänderung durch d.ie geförd.erte Flüssigkeit gekühlt und in den Grundzustand zurückgebracht wird. Erfindungsgemäß wird also d.as natürliche Bestreben gewisser Mittel, wie Bimetall, od.er auch gewisser Flüssigkeiten, sich unter Wärmeeinwirkung relativ stark auszudehnen bzw. sich zu verformen, dazu ausgenützt, das Förder-oder Pumpenelement für den Transport der Flüssigkeit von einem nied.rigen auf ein höheres Niveau anzutreiben, ohne daß hierfür eine Energieumsetzung zum Beispiel von Wärmeenergie in elektrische Energie erforderlich wäre. Eine derartige Flüssigkeitspumpe kann in mechaniseh sehr einfacher und langlebiger Weise ausgestaltet sein und eignet sich insbesondere für den Betrieb in Ländern mit hoher Sonneneinstrahlung. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn als Antrieb eine od.er mehrere unter Wärmeeinwirkung ihre Grundform verändernde Elemente zum Beispiel aus Materealen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten wie Bimetall vorgesehen sind, die einerseits mit einem Verdrängungskolben bzw. d.essen Kolbenstange verbunden sind und sich andererseits reibungsarm, zum Beispiel mittels Rollen, auf einer stationären Unterlage abstützen.This task will. according to the invention d. solved that as a drive for the conveying element one preferably under the influence of an external heat source from solar heat to its basic state. geometrically changing means provided is, i.e. the greatest change of state in the position due to the liquid being pumped is cooled and returned to its basic state. According to the invention, d.as natural endeavors of certain means, such as bimetal, or also certain liquids, to expand or deform relatively strongly under the influence of heat, in addition exploited the conveying or pump element for the transport of the liquid from To drive a lower level to a higher level without any conversion of energy for example, from thermal energy to electrical energy would be required. Such a one A liquid pump can be designed in a mechanically very simple and durable manner and is particularly suitable for use in countries with high levels of solar radiation. It has proven to be particularly advantageous if one or more drives are used as the drive Elements that change their basic shape under the influence of heat, for example made of materials are provided with different expansion coefficients such as bimetal, the on the one hand are connected to a displacement piston or its piston rod and on the other hand, with little friction, for example by means of rollers one support the stationary base.
Für den Betrieb mit Solarenergie ist es vorteilhaft, wenn die als Antrieb für das Förderelement vorgesehenen Mittel eine Wärme gut absorbierende, vorzugsweise schwarze Oberfläche besitzen.For operation with solar energy, it is advantageous if the as Drive for the conveying element provided means a heat absorbing well, preferably have a black surface.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist oberhalb der als Antrieb für das Förderelement vorgesehenen Mittel ein Flüssigkeitsreservoir angeordnet, das Woer eine Förderleitung mit der das Förderelement enthaltenden Pumpe in Verbindung steht und.According to a further development of the invention, the above is used as a drive a liquid reservoir arranged for the means provided for the conveying element, the Woer a delivery line with the pump containing the delivery element in connection stands and.
das ein auf die Antriebsmittel gerichtetes, durch die Antriebsmittel bzw. durch einen Teil d.es mit den Antriebsmitteln verbundenen Förderelementes betätigbares Ventil aufweist. Hierbei wird sich unter der Einwirlxng d.er externen Wärmequelle, zum Beispiel der Sonnenwärme, zum Beispiel das scheibenförmige Bimetall unter Mitnahme d.es Verdrängungskolbens hocilxölben, wobei es automatisch im Bereich des oberen Totpunktes ein Ausströmen d.er zuvor geförderten kühlen Flüssigkeit durch Öffnen des Ventils veranlaßt, was wiederum bewirkt, daß zum Beispiel das Bimetall die Ausgangsform wieder einnimmt, wobei der Verdrängungskolben auch wieder in die untere Betriebsstellung gebracht wird. Der Betrieb der Flüssigkeitspumpe ist also voll automatisch und bedarf keiner von außen her vorzunehmenden Steuerung und praktisch auch keiner Wartung.the one directed to the drive means by the drive means or actuatable by a part of the conveying element connected to the drive means Has valve. Here, under the induction of the external heat source, For example, the heat of the sun, for example the disc-shaped bimetal taking along d.es displacement piston hocilxölben, it being automatically in the area of the upper Dead center an outflow of the previously pumped cool liquid by opening of the valve causes, which in turn causes, for example, the bimetal to the initial shape resumes, the displacement piston also back in the lower operating position is brought. The operation of the liquid pump is therefore fully automatic and requires no external control and practically no maintenance.
Um eine intensiv Berührung bzw. Benetzung zwischen der Oberfläche des Antriebsmittels, zum Beispiel des Bimetalls, und der aus dem Flüssigkeitsreservoir ausströmenden Flüssigkeit zu gewährleisten, weisen die als Antrieb für das Förderelement vorgesehenen Mittel randseitige Strömungsleitelemente und/oder eine die vom Flüssigkeitsreservoir auf die Mittel strömende Flüssigkeit gleichmäßig auf den zu kühlend.en Oberflächen verteilende Profilierung auf.Intensive contact or wetting between the surface the drive means, for example the bimetal, and that from the liquid reservoir To ensure outflowing liquid, have the as a drive for the conveying element provided means edge-side flow guide elements and / or one of the liquid reservoir Liquid flowing onto the medium evenly on the surfaces to be cooled distributing profiling.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine zwischen d.em Förderelement, zum Beispiel d.em in einem Verdrängungszyl inder geführten Verdrängungskolben und. d.em Flüssigkeitsreservoir angeordnete, als Widerlager für die als Antrieb für das Förderelement dienenden Ausdehnungselemente vorgesehene Unterlage als Sammelbecken für die aus dem Flüssigkeitsreservoir ausströmende Flüssigkeit ausgebildet. Von diesem entweder nur einfache Sammelrinnen oder aber Sammelrohre oder einen Sammelbehälter aufweisenden Svsamelbecken aus kann die Flüssigkeit auf grund des natürlichen Gefälles dem Verbraucher, zum Beispiel dem zu kultivierenden Boden, zugeleitet werden.According to a further embodiment of the invention is a between the delivery element, for example the displacement piston guided in a displacement cylinder and. d.em liquid reservoir arranged as an abutment for the drive for the expansion elements serving as a collecting basin designed for the liquid flowing out of the liquid reservoir. from this either just simple collecting channels or collecting pipes or a collecting container The liquid can be drawn from the Svsamel basin due to the natural gradient to the consumer, for example the soil to be cultivated.
Als Antriebsmittel für das Förderelement, zum Beispiel für d.en Verdrängungskolben, werden bevorzugt scheiben- oder streifenartige, großflächige Bimetallelemente verwendet; es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, and.ere unter Wärmeeinwirkung sich geometrisch verändernde Medien, wie zum Beispiel besond.ere Metalle wie Invar, Quecksilber oder auch besondere Flüssigkeiten wie Alkohol und. dergleichen zu verwend.en, wenn nur durch die externe Wärmeeinwir'rung ein ausreichender Förderhub erhalten wird.As a drive means for the conveying element, e.g. for the displacement piston, disk-like or strip-like, large-area bimetal elements are preferably used; however, it is also possible within the scope of the invention, other under the action of heat media that change geometrically, such as special metals such as invar, Mercury or special liquids such as alcohol and. to use the like, if a sufficient delivery stroke is obtained only by the external heat input will.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen nachstehend. beschrieben.The invention is based on the exemplary embodiments shown in the drawing below. described.
Es zeigt Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe in Schnittansicht, Fig. 2 eine Einzelheit der Flüssigkeitspumpe gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe in Schnittansicht.1 shows a first embodiment of the invention Liquid pump in sectional view, FIG. 2 shows a detail of the liquid pump according to FIG. 1, FIG. 3, a second embodiment of the liquid pump according to the invention in sectional view.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 ist allgemein mit 1 das Pumpenaggregat einer Wasserpumpe bezeichnet, bestehend aus einem zum Beispiel an das Grundwasser des Bodens angeschlossenen Verdrängungszylinder 2 und einem in diesem geführten Verdrängungskolben 3, der mit einer rohrförmigen Kolbenstange 4 verbunden ist, die im Kolbenbereich eine Eintrittsöffnung 5 und am entgegengesetzten oberen End.e eine Austrittsöffnung 6 aufweist, und der in bekannter Weise mit einem Ventil 7 versehen ist. Oberhalb des Pumpenaggregats 1 befindet sich ein Flüssigkeitsreservoir 8, das über eine Förderleitung 9, zum Beispiel über einen flexiblen Schlauch, mit der Austrittsöffnung 6 mit der Kolbenstange 4 verbunden ist. Das Flüssigkeitsreservoir ist über einen Verbindungskanal 10 mit einem etwas tiefer liegenden Behälter 11 verbunden, der seinerseits ein senkrecht nach tinten gerichtetes Ausströmventil 12 besitzt, gebildet durch ein lotrecht verschiebbares Ventilglied, dessen freiragender Rohransatz 13 knapp unternalb des Ventilsitzes eine oder mehrere Eintrittsöffnungen 14 und am freien unteren Ende mehrere, am Rohrumfang verteilte Austrittsöffnungen 15 aufweist, wobei der Rohransatz 13 durch ein leicht nach unten geneigtes bzw. gewölbtes Prall- oder Verteilerblech 16 verschlossen ist. Zwischen dem Pumpenaggregat 1 und de Flüssigkeitsreservonr 8 ist eine als Sammelbecken ausgebildete Unterlage 17 angeordnet, die gegenüber der horizontalen, zum Umfangsrand 18 hin leicht geneigt ist und die im Bereich des Umfangsrades 18 eine offene Sammelrinne 19 aufweist, von der eine zum Verbraucher führende Abflußleitung 20 ausgeht. Über ein Überlaufrohr 21 steht das Flüssigkeitsreservoir 8 mit der Sammelrinne 19 in strömungsmäßiger Verbindung. Mit 22 ist ein unter der Wirkung einer externen Wärmequelle, zum Beispiel unter der Wirkung von Solarwärme, seine Grundform geometrisch veränderndes Mittel oder Ausdehnungselement in Form einer großflächigen, fluiden Bimetallseheibe bezeichnet, die in Fig. 1 als Einzelheit gezeigt ist. Die Bimetallscheibe 22 besteht aus vielen voneinander beabstandeten, strahlenförmigen Segmenten 22 die im Scheibenzentrum miteinander verbund.en und mit der Mitnehmeransätze 23 aufweisenden Kolbenstange 4 gekoppelt sind. Wie nicht weiter dargestellt, können die Segmente 22' an den radialen Rändern 24 mit Strömungsleitelementen versehen sein. Jedes Segment 22', das eine Wärme gut absorbierende, zum Beispiel schwarz lackierte Oberfläche 25 besitzt, trägt eine leicht gängige Rolle 261 über die es sich auf der Unterlage 17 abstützt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die im wesentlichen mit dem Ausführuisbeispiel gemäß Fig. 1 übereinstimmenden Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Der wesentliche Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 besteht darin, d.aß als Antrieb für den Verdrähgungskolben 3 mehrere streifenartige oder aber U-förmige, zueinander parallele Bimetall-Plättchen 27 verwendet werden, die am höchsten Punkt bzw. jewells in der Mitte an einem allen Plättchen gemeinsamen Antriebsbalken 28 befestigt sind. Der Antriebsbalken 28 seinerseits ist in an sich bekannter Weise mit der rohrförmigen Kolbenstange 4 verbunden. Der Antriebsbalken ist als Flüssigkeitskanal, zum Beispiel rohrförmig ausgebildet und besitzt in Höhe der einzelnen Plättchen 27 Ausströmöffnungen 29. In Fluchtung mit der Kolbenstange 4 trägt der Antriebsbalken 28 ein Anschlußrohr 30, das am oberen freien Ende einen erweiterten Ansatz 31 aufweist, in den der Rohransatz 13 des Ventils 12 hineinragt, wobei der Rohransatz 13 eine oder mehrere Eintrittsöffnungen 14 besitzt. Ebenso wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 können auch die Plättchen 27 Rollen 26 besitzen, mit denen sie sich auf der ein Sammelbecken darstellenden und. mit dem Flüssigkeitsreservoir 8 verbundenen Unterlage abstützen.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, 1 is generally the Pump unit of a water pump called, consisting from a for example displacement cylinders connected to the groundwater of the soil 2 and a displacement piston 3 guided in this, which is connected to a tubular Piston rod 4 is connected, which in the piston area has an inlet opening 5 and on opposite upper End.e has an outlet opening 6, and in known Manner is provided with a valve 7. Above the pump unit 1 is located a liquid reservoir 8, which is via a delivery line 9, for example via a flexible hose, with the outlet opening 6 connected to the piston rod 4 is. The liquid reservoir is via a connecting channel 10 with a something lower-lying container 11 connected, which in turn is a vertical after inks has directed discharge valve 12, formed by a vertically displaceable Valve member, the cantilevered pipe extension 13 just below the valve seat one or more inlet openings 14 and at the free lower end several on the pipe circumference has distributed outlet openings 15, the pipe socket 13 by a slightly downwardly inclined or curved baffle or distributor plate 16 is closed. Between the pump unit 1 and the liquid reservoir 8 is a collecting basin formed pad 17 arranged opposite the horizontal, to the peripheral edge 18 is slightly inclined and in the area of the peripheral wheel 18 is an open collecting channel 19 has, from which a drain line 20 leading to the consumer starts. Above an overflow pipe 21 is the liquid reservoir 8 with the collecting channel 19 in fluidic connection. At 22 one is under the action of an external heat source, for example under the effect of solar heat, its basic shape geometrically changing Means or expansion element in the form of a large, fluid bimetal disc referred to, which is shown in Fig. 1 as a detail. The bimetal disc 22 is made of many spaced apart, radial segments 22 in the center of the disk verbund.en with one another and with the piston rod having driver lugs 23 4 are coupled. As not further shown, the Segments 22 'can be provided with flow guide elements at the radial edges 24. Every segment 22 ', which has a good heat absorbing surface, for example a black lacquered surface 25 has a smooth-running roller 261 over which it sits on the pad 17 supports. In the embodiment according to FIG. 3, they are essentially with The parts that correspond to the embodiment according to FIG. 1 have the same reference numerals Mistake. The main difference to the embodiment according to FIGS. 1 and 2 consists in d.aß as a drive for the displacement piston 3 several strip-like or U-shaped, parallel bimetal plates 27 are used, those at the highest point or in the middle of one of the tiles common to all Drive beams 28 are attached. The drive beam 28 in turn is in itself connected to the tubular piston rod 4 in a known manner. The drive beam is designed as a liquid channel, for example tubular, and has a height of the individual platelets 27 outflow openings 29. In alignment with the piston rod 4, the drive beam 28 carries a connecting pipe 30 which has a at the upper free end has expanded extension 31, into which the pipe extension 13 of the valve 12 protrudes, wherein the pipe extension 13 has one or more inlet openings 14. as well As in the exemplary embodiment according to FIG. 1, the platelets 27 can also have rollers 26 own with which they represent themselves on the a reservoir and. with the Support liquid reservoir 8 connected pad.
Selbstverständlich kann auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sich an die Kolbenstange 4 ein Rohransatz 30 gemäß Fig. 3 anschließen, das im Bedarfsfalle mit dem Behälter 11 bzw. seinem Ventil 12 in strömungsmäßige Verbindung gebracht wird.Of course, in the embodiment according to FIG. 1 a pipe socket 30 according to FIG. 3 is connected to the piston rod 4, which if necessary brought into fluid communication with the container 11 or its valve 12 will.
Nachfolgend wird. die Wirkungsweise d.er erläuterten Flüssigkeitspumpen gemäß d.en Fig 1 bis 3 erläutert.The following is. the mode of operation of the explained liquid pumps according to d.en Fig. 1 to 3 explained.
Wird das Ausd.emlungselement, d. h. die Bimetallscheibe 22 bzw.If the determination element, i. H. the bimetal disc 22 or
deren einzelne Segmente 22' oder aber die einzelnen Bimetall Plättchen 27 durch Sonneneinstrahlung erhitzt, erfolgt eine Auswölbung nach oben hin, womit der damit verbundene Verdrängungskolben 3 nach oben bewegt wird. Hierdurch wird das oberhalb des Verdrängungskolbens 3 im Verdrängungszylinder 2 angescu.mnelte Wasser durch die rohrförmige Kolbenstange 4 sowie durch die Förderleitung 9 hindurch in das Flüssigkeitsreservoir 8 gedrückt bzw. gefördert. Ein Rückfluß kann durch ein an sich beanntes Rückschlagventil verhind.ert werden. Im Bereich d.es oberen Totpunktes d.er Hubbewegung drückt das obere freie wncle der Kolbenstange 4 bzw. der Rohransatz 30 gemäß Fig. 3 das Ventil 12 in die Öffnungsstellung. Damit strömt das im Behälter 11 angesammelte Wasser d.urch die nun im Behälterbereich befindliche Eintrittsöffnung 14 in den Rohrsatz 13 und von hier aus im Falle d.er Fig. 1 auf das Verteilerblech 16 und von hier aus auf die einzelnen Segmente der Bimetallscheibe 22 und im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 in d.en Rohransatz 30 und in den Antriebsbalken 28, wo es durch die Ausströmöffnungen 29 hindurch auf die Bimetall-Plättchen 27 ausströmen kann. Das Wasser kühlt das erhitzte Bimetall, so daß es wieder in seine Ausgangslage zurückkehrt, während die Flüssigkeit über die Ausdehnungselemente strömt und auf der ein Sammelbecken darstellenden Unterlage 17 gesammelt und von dort an den Verbraucher weitergeleitet wird. Mit der Zurückführung des Ausdehnungselementes in die Grundstellung wird das Ventil 12 geschlossen, so daß keine weitere Flüssigkeit aus dem Behälter 11 ausströmen kann. Die Ausd.ehnungselemente 22, 22' bzw. 27 werden nun d.urch die Solarwärme wieder erhitzt und. d.er Pumpvorgang wiederholt sich wie erläutert.their individual segments 22 'or the individual bimetal plates 27 heated by solar radiation, there is a bulge upwards, with which the associated displacement piston 3 is moved upwards. This will which scu.mnelte above the displacement piston 3 in the displacement cylinder 2 Water through the tubular piston rod 4 and through the delivery line 9 pressed or promoted into the liquid reservoir 8. A reflux can through a non-return valve can be prevented. In the area of the upper Dead center of the stroke movement presses the upper free wncle of the piston rod 4 or the pipe socket 30 according to FIG. 3, the valve 12 in the open position. So that flows the water that has accumulated in the container 11 is now located in the container area Inlet opening 14 into the tube set 13 and from here in the case of the Fig. 1 on the distributor plate 16 and from here to the individual segments of the bimetal disc 22 and in the case of the embodiment according to FIG. 3 in the pipe socket 30 and in the drive beam 28, where it passes through the outflow openings 29 to the Bimetal plate 27 can flow out. The water cools the heated bimetal, so that it returns to its original position, while the liquid over the Expansion elements flows and on the pad representing a collecting basin 17 is collected and forwarded from there to the consumer. With the repatriation of the expansion element in the basic position, the valve 12 is closed, see above that no further liquid can flow out of the container 11. The expansion elements 22, 22 'and 27 are now heated again by the solar heat and. d. the pumping process repeats itself as explained.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19782844732 DE2844732C2 (en) | 1978-10-13 | 1978-10-13 | Liquid pump |
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DE2844732A1 true DE2844732A1 (en) | 1980-04-17 |
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ID=6052157
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DE (1) | DE2844732C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993015317A1 (en) * | 1992-01-24 | 1993-08-05 | Kenneth Gray | Improvements in or relating to pumping systems |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2712679A1 (en) * | 1977-03-23 | 1978-09-28 | Volkswagenwerk Ag | PUMP FOR TWO FLOW MEDIA WITH DIFFERENT TEMPERATURES |
-
1978
- 1978-10-13 DE DE19782844732 patent/DE2844732C2/en not_active Expired
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2844732C2 (en) | 1984-12-20 |
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