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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Saug- oder Druckpumpenaggregat umfassend eine Pumpe, einen Verbrennungsmotor zum Betrieb der Pumpe, einen Kraftstofftank zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff und einer Regelungs- und Steuerungseinheit, wobei zumindest Verbrennungsmotor und Kraftstofftank in verschiedenen Kammern eines Transportgehäuses angeordnet sind, wobei Pumpe und Kraftstofftank in einer ersten Kammer, Regelungs- und Steuerungseinheit in einer zweiten Kammer und der Verbrennungsmotor in einer dritten Kammer angeordnet sind, wobei die Kammern vorzugsweise durch Wandungen voneinander getrennt sind und zwischen Kraftstofftank und dem Verbrennungsmotor mindestens eine Zulauf- und eine Rücklaufleitung zur Förderung des Kraftstoffes angeordnet ist.
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Derartige Pumpenaggregate bestehen in der Regel aus einer einzelnen Pumpe, die entweder eine Saug- oder eine Druckfunktion ausübt, einem Antrieb in Form eines Motors, der die genannte Pumpe über eine Antriebswelle antreibt, sowie aus einer Regelungs- und Steuerungseinheit zur Steuerung des Pumpenaggregats. Die gesamte Einheit des Pumpenaggregats ist in einer Art Container bzw. Transportgehäuse untergebracht, der oder das als ein Einzelteil Verwendung findet oder gegebenenfalls auf einem Fahrgestell angeordnet ist.
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Die einzelnen Komponenten des Pumpenaggregats werden häufig in verschiedenen Teilbereichen des Containers bzw. Transportgehäuses angeordnet, welche optional mittels diverser Öffnungen des Gehäuses von außen zugänglich gemacht sind.
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Aus der
WO 2009/008712 A1 ist ein Pumpenaggregat bekannt, bei dem eine Pumpe und der Antriebsmotor innerhalb eines Transportgehäuses angeordnet sind. Dabei bilden die Pumpe und der Antriebsmotor eine zusammengehörige Einheit, die mittels spezieller Führungsschienen in den Innenraum des Transportgehäuses geführt werden kann. Optional kann der Antriebsmotor der Pumpeneinheit zusätzlich in einem separaten Gehäuse innerhalb des Transportgehäuses untergebracht sein.
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Aus dem Stand der Technik sind auch Pumpenaggregate bekannt, die eine Aufteilung des Gehäuses in einen Motorraum, einen Schaltraum und einen Pumpenraum vorsehen. Innerhalb des Motorraums ist ein Verbrennungsmotor zum Antrieb der Pumpe angeordnet. Der Schaltraum bietet Platz zur Aufnahme einer Regelungs- und Steuerungseinheit und der Pumpenraum bietet Platz für die Pumpe selbst. Zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff wird oftmals ein Kraftstofftank innerhalb einer der genannten Räume untergebracht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dem Fachmann ein Pumpenaggregat an die Hand zu geben, das eine intelligente Anordnung der einzelnen Pumpenkomponenten vorsieht und auf eine Minimierung des Betriebsrisikos der einzelnen Pumpenkomponenten abzielt, insbesondere gefahrlose und sichere Förderung von brennbaren Flüssigkeiten.
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Die Lösung der oben genannten Aufgabenstellung wird durch ein Pumpenaggregat mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 realisiert. Demnach umfasst ein derartiges Saug- und Druckpumpenaggregat eine Pumpe, einen Verbrennungsmotor zum Betrieb der Pumpe, einen Kraftstofftank zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff und eine Regelungs- und Steuerungseinheit zur Steuerung des Pumpenaggregats. Die genannten Pumpenkomponenten sind innerhalb des Transportgehäuses in mindestens zwei verschiedenen Kammern des Gehäuses untergebracht, wobei die Pumpe und Kraftstofftank in einer ersten Kammer, Regelungs- und Steuerungseinheit in einer zweiten Kammer und der Verbrennungsmotor in einer dritten Kammer angeordnet, wobei die einzelnen Kammern vorzugsweise durch Wandungen voneinander räumlich getrennt sind. Zur Minimierung des Betriebsrisikos sind zumindest der Verbrennungsmotor und der Kraftstofftank in verschiedenen Kammern des Transportgehäuses angeordnet. Einzelne Kammern sind über getrennte Öffnungen des Transportgehäuses von außen zugänglich. Bei der Verwendung von Trennwänden innerhalb des Transportgehäuses sind geeignete Maßnahmen zur Durchführung der Kraftstoffleitungen sowie der Kupplungseinheit zwischen Verbrennungsmotor und Pumpe getroffen. Für die Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff ist mindestens eine Zulaufleitung vorgesehen, wodurch der Verbrennungsmotor den benötigten Kraftstoff aus dem Kraftstofftank ansaugt. Ferner ist eine Rückführleitung vom Verbrennungsmotor zum Kraftstofftank vorgesehen, wodurch der nicht verwertete Kraftstoff vom Verbrennungsmotor zurück zum Kraftstofftank geführt werden kann. Die innerhalb des Transportgehäuses verbaute Pumpe ist zur Förderung von brennbaren Flüssigkeiten, insbesondere Kerosin, Diesel und Benzin, sowie für Wasser geeignet. Zum Antrieb der Pumpe ist der Verbrennungsmotor über eine geeignete Kupplungsvorrichtung an die Pumpe gekoppelt.
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Der Kraftstoff wird im Kreislauf vom Kraftstofftank über die Zuführleitung zum Verbrennungsmotor gefördert, schmiert und kühlt dabei die Kraftstoffpumpe und die überschüssige nicht verbrannte Kraftstoffmenge wird über die Rückführleitung zurück in den Tank geliefert. Während des Betriebes heizt sich der Kraftstoff im Motorraum, insbesondere durch die Motorabwärme, stark auf, wobei schalldämmende Motorkapselungen dieses noch zusätzlich verstärken. Durch den im Betrieb absinkenden Kraftstoffpegel sowie ein relativ geringes Kraftstofftankvolumen wird mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung der Kraftstoff im Kraftstofftank aufgeheizt.
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Letztendlich entsteht durch den erhitzten Kraftstoff innerhalb des Kreislaufs ein Betriebsrisiko nicht nur für den Motor mit den übrigen in dem Transportgehäuse angeordneten und/oder damit verbundenen Komponenten, sondern vor allem für das Bedienungspersonal.
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Erfindungsgemäß wird durch den innerhalb des Kraftstoffkreislaufs angeordneten Flüssigkeitskühler eine Überhitzung des Kraftstoffs sowohl in den Leitungen als auch im Kraftstofftank und im Bereich des Verbrennungsmotors verhindert. Zur Anwendung kommt dabei ein geeigneter Flüssigkeitskühler, der den beförderten Kraftstoff innerhalb der Leitungen des Kraftstoffkreislaufs auf ein vordefiniertes Temperaturniveau herunterkühlt. Zu diesem neuen Einsatzzweck können auch Standardkühler eines Motorlieferanten Verwendung finden.
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Vorteilhafterweise ist der Kraftstoff der Zulaufleitung durch den mindestens einen angeordneten Flüssigkeitskühler geführt. Somit wird der angesaugte Kraftstoff über den Flüssigkeitskühler auf ein bestimmtes sicheres Temperaturniveau heruntergekühlt, wodurch einer Beschädigung des Verbrennungsmotors aufgrund der zu hohen Temperatur des Kraftstoffes vorgebeugt wird. Ferner wird eine Verdampfung des Kraftstoffes innerhalb der Kraftstoffleitungen verhindert.
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Denkbar ist auch, dass der Kraftstoff der Rücklaufleitung durch den mindestens einen Flüssigkeitskühler geführt ist. Durch diese vorteilhafte Anordnung des Flüssigkeitskühlers innerhalb der Rücklaufleitung lässt sich die Aufheizung des überschüssigen Kraftstoffes durch den Verbrennungsmotor kompensieren und es wird auf einfache Weise eine gleichbleibende Temperatur des Kraftstoffes innerhalb des Kraftstofftanks bzw. des Kraftstoffkreislaufs gewährleistet.
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In weiterhin vorteilhafter Weise weist das Aggregat mindestens zwei Flüssigkeitskühler auf, wobei der Kraftstoff der Zulaufleitung und der Kraftstoff der Rücklaufleitung jeweils durch mindestens einen Flüssigkeitskühler geführt ist. Dadurch wird nicht nur der angesaugte Kraftstoff aus dem Kraftstofftank auf ein bestimmtes Temperaturniveau gesenkt, vielmehr wird der Kraftstoff während der Rückführung vom Verbrennungsmotor zum Kraftstofftank ebenfalls über einen weiteren Flüssigkeitskühler heruntergekühlt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Flüssigkeitskühler innerhalb der Kammer des Verbrennungsmotors an der Zulauf- und/oder Rücklaufleitung angeordnet.
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Nach weiterhin denkbaren Ausführungsformen ist der Flüssigkeitskühler innerhalb der Kammer des Kraftstofftanks an der Zulauf- und/oder Rücklaufleitung angeordnet, der Flüssigkeitskühler ist als ein handelsüblicher Ölkühler ausgebildet oder der Flüssigkeitskühler ist in einem Kühlluftstrom des Verbrennungsmotors angeordnet. Vorteilhafterweise kann der Antrieb der Pumpe über ein luftgekühltes Dieselaggregat erfolgen.
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Bei dem Saug- und Druckpumpenaggregat ist die erste Kammer als ein explosionssicherer Schutzraum ausgebildet und beherbergt den Kraftstofftank sowie die Pumpe. Dabei ist die erste Kammer des Transportgehäuses mittels einer explosionssicheren Schottwand von den anderen Kammern des Transportgehäuses abgetrennt und als ein gasdichter Raum ausgeführt. Durch die Abtrennung der ersten Kammer, d. h. der Pumpe und des Kraftstofftanks, von den restlichen Kammern des Pumpenaggregats wird das Austreten giftiger und explosionsgefährdeter Kraftstoffdämpfe verhindert. Insbesondere das Entweichen der Kraftstoffdämpfe in Richtung des Motorraums würde das Explosionsrisiko des Pumpenaggregats erheblich steigern. Die Anordnung des Kraftstofftanks innerhalb des explosionssicheren Raums reduziert das Betriebsrisiko des Pumpenaggregats wesentlich. Die erste Kammer, d. h. der Kraftstofftank, ist durch die explosionssichere Schottwand und über die zweite Kammer, die zwischen erster und dritter Kammer liegt und die Steuerung- und Regelungseinheit aufweist, von der dritten Kammer mit dem Verbrennungsmotor getrennt. Eine abgrenzende Schottwand umfasst eine gasdichte Wellenkupplungsdurchführung und eine Durchführung für die Kraftstoffleitung. Dadurch bleibt die erste Kammer gasdicht verschlossen, wodurch sich kein zündfähiges Gasgemisch in der zweiten und/oder der dritten Kammer bilden kann. Infolge dieser Explosionssicheren Aggregatausführung ist es zum Betrieb in Kraftstoffdepots, beispielsweise auf Flughäfen usw., mit deren Ex-Schutzbereichen geeignet. Um die Mobilität des Saug- und Druckpumpenaggregats zu steigern, kann das Aggregat auf einem Fahrgestell angeordnet sein. Insbesondere kann das Fahrgestell als ein Fahrwerk mit Anhängerkupplung ausgeführt sein, wodurch sich das Pumpenaggregat in bekannter Art und Weise an ein entsprechendes Zugfahrzeug anhängen lässt. Denkbar ist aber auch, dass das Saug- und Druckpumpenaggregat einen entsprechenden Antrieb zur selbständigen Fortbewegung aufweist.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt einen seitlichen Einblick in das Transportgehäuse 30 des Saug- oder Druckpumpenaggregats 100. Die schematische Darstellung des Aggregats 100 in der Figur soll speziell den Kraftstoffkreislauf hervorheben, weshalb auf eine vollständige Darstellung der Komponenten des Pumpenaggregats 100 der Einfachheit halber verzichtet wurde. Sie zeigt einen Teilbereich des Transportgehäuses 30, innerhalb dessen die einzelnen Komponenten des Aggregats 100 angeordnet sind.
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Das Pumpenaggregat 100 besteht im Wesentlichen aus einer in einem Pumpenraum 10 angeordneten Pumpe, die in der Figur nicht abgebildet ist, einem Verbrennungsmotor 1, einer Kupplungseinheit zwischen Verbrennungsmotor und Pumpe, einer Regelungs- und Steuerungseinheit und dem Transportgehäuse 30.
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Die Unterteilung des Transportgehäuses 30 erfolgt erfindungsgemäß in den Pumpenraum 10 sowie einen Motorraum 20. Bevorzugt ist zwischen dem Pumpenraum 10 und dem Motorraum 20 ein Zwischenraum angeordnet, der zur Aufnahme der Regelungs- und Steuerungseinheit dient, welche zur Regelung, Steuerung und Überwachung der Pumpeneinheit bzw. der Motoreinheit 1 eingesetzt wird. Die Abtrennung des Pumpenraums 10 vom Motorraum 20 erfolgt wie in der schematischen Darstellung in der Zeichnung über eine Trennwand 25, die als explosionssichere Schottwand ausgeführt sein kann. Gegebenenfalls kann die Regelungs- und Steuerungseinheit auch in den Motorraum 20 integriert werden, wodurch ebenso auf den Zwischenraum verzichtet werden kann.
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Der verwendete Verbrennungsmotor 1 ist als ein mehrzylindriger Dieselmotor mit integriertem Kühlsystem ausgeführt und kann neben dem handelsüblichen Dieselkraftstoff auch mit Kerosinkraftstoff betrieben werden. Der Motor ist in dem dafür vorgesehenen Motorraum 20 angeordnet. Die Einstellung der Betriebsdrehzahl erfolgt über einen Drehzahlsteller an der Regelungs- und Steuerungseinheit innerhalb des Gehäuses 30, der per Hand bedient wird. Gegebenenfalls kann ein Abgasschalldämpfer zur Reduzierung der Luftschallgeräusche des Dieselmotors 1 installiert werden.
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Die Verbrennungsluft für den Dieselmotor 1 wird durch einen Kombinationsluftfilter 9 geführt, um eine Schädigung des Motors durch Verunreinigung zu verhindern. Der Luftfilter 9 ist im Motorraum 20 direkt unter dem Dach befestigt und entnimmt von außerhalb des Aggregates 100 die Verbrennungsluft. Die Verbindung von Luftfilter 9 und Dieselmotor 1 erfolgt über einen flexiblen Gummispiralschlauch 8.
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Die Kraftstoffversorgung für den Dieselmotor 1 wird durch einen Kraftstofftank 2 sichergestellt, der im Pumpenraum 10 des Aggregats 100 untergebracht ist. Dabei wird der Kraftstoff durch die Krafteinspritzpumpe des Motors 1 aus dem Tank 2 entnommen, weshalb keine zusätzliche separate Förderpumpe erforderlich ist.
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Die verwendete Pumpe des Pumpenaggregats 1 ist zur Förderung von brennbaren Flüssigkeiten (Kerosin, Diesel und Benzin) sowie für Wasser geeignet und ist im Pumpenraum 10 des Aggregats 100 angeordnet.
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Über die Zulaufleitung 4 saugt der Dieselmotor 1 den zur Verbrennung benötigten Kraftstoff an. Die Kraftstoffeinspritzpumpe saugt dabei eine wesentlich höhere als die benötigte Kraftstoffmenge über die Zulaufleitung 4 an. Die nicht benötigte Kraftstoffmenge dient der Kühlung und Schmierung der Einspritzpumpe des Dieselmotors 1. Über die Rücklaufleitung 3 wird der nicht benötigte Kraftstoff an den Kraftstofftank 2 zurückgeführt. Wie bereits einleitend geschildert heizt sich während des Betriebs der Kraftstoff sehr stark auf, wodurch mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung auch der Kraftstoff im Kraftstofftank 2 aufgeheizt wird. Letztendlich entsteht durch den sich überhitzenden Kraftstoff ein Betriebsrisiko sowohl für das Bedienungspersonal, den Motor 1 als auch für die weiteren Komponenten des Saug- oder Druckpumpenaggregat. Um dies zu verhindern, ist innerhalb des Motorraums 20 ein Flüssigkeitskühler 5 angeordnet, der den mittels der Rücklaufleitung 3 zurückgeführten Kraftstoff auf ein vordefiniertes Temperaturniveau herunterkühlt. Zu diesem neuen Einsatzzweck können auch Standardkühler eines Motorlieferanten Anwendung finden, wodurch die Wartung vereinfacht wird. Für den Wärmeaustausch innerhalb des Flüssigkeitskühlers 5 wird ein vom Verbrennungsmotor erzeugter Kühlluftstrom benutzt. Diese Maßnahme ermöglicht den Verzicht auf einen zusätzlichen Lüfter für den Flüssigkeitskühler 5.
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Durch die Anordnung des Flüssigkeitskühlers 5 innerhalb des Motorraumes 20 in unmittelbarer Umgebung des Motors 1 kann der durch den Motor 1 hervorgerufene Temperaturanstieg des Kraftstoffes innerhalb der Rücklaufleitung 3 möglichst schnell und effizient kompensiert werden.
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Zur Steuerung des Pumpenaggregats 100 steht eine Regelungs- und Steuerungseinheit mit Anzeige und Überwachungsfunktion zur Verfügung. Dabei ist die Regelungs- und Steuerungseinheit in einer dafür speziell vorgesehenen Kammer des Aggregats 100 untergebracht, die vor allem die Funktion des Bedienpults erfüllt und zwischen dem Pumpenraum 10 und dem Motorraum 20 als ein Zwischenraum angeordnet ist. Die Versorgung der Regelungs- und Steuerungseinheit mit elektrischer Energie kann beispielsweise über separat angeordnete Akkumulatoren erfolgen oder alternativ mit Hilfe eines über den Dieselmotor 1 betriebenen Elektrostromgenerators gewährleistet werden. Denkbar ist auch eine Kombination der beiden genannten Möglichkeiten, bei der die Akkumulatoren bei Bedarf durch einen an den Motor 1 gekoppelten Generator geladen werden.
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Die Einstellung des Pumpenbetriebspunktes (Fördermenge, Förderhöhe) erfolgt über die Drehzahlregelung des Dieselmotors 1. Die Überwachungsfunktion der Regelungs- und Steuerungseinheit ist im Wesentlichen auf die Drehzahlüberwachung, die Überwachung der Kühlwasser- sowie Motoröltemperatur, des Motoröldruckes sowie die Überwachung des Betriebs des Generators zur Versorgung der Regelungs- und Steuerungseinheit ausgelegt. Zusätzlich ist zur Einhaltung der Explosionsschutzbestimmungen und damit zum Schutz des Bedienungspersonals das Pumpenaggregat 100 mit mehreren Temperaturfühlern zur Überwachung von den Lagern, von den Pumpenstufen und vom Fördermedium sowie mit mehreren Druckmessgeräten ausgestattet. Mit Hilfe von solchen Sensoren erfolgt einen Signalisierung der Zustände und bei der Überschreitung von Sicherheitsgrenzwerten eine Abschaltung des Aggregats. Weiterhin steht der Regelungs- und Steuerungseinheit ein Mittel zur Anzeige der Kraftstoffmenge innerhalb des Kraftstofftanks zur Verfügung.
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Der Pumpenraum 10 des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats 100 ist als ein explosionssicherer Raum ausgeführt, der ferner über eine Schottwand 25 gasisoliert von den anderen Teilbereichen des Transportgehäuses 30 abgetrennt ist. Um eine gasdichte Trennung von Pumpenraum 10 und Motorraum 20 sicherzustellen, dient eine Schottwanddurchführung, durch die eine benötigte Kupplungsvorrichtung zur Kopplung der Pumpe und des Dieselmotors 1 durchführbar ist, sowie die benötigten Kraftstoffleitungen 3, 4. Durch die gasdichte Isolierung des Pumpenraums 10 wird verhindert, dass giftige und explosive Kraftstoffdämpfe austreten und zu einer Explosionsgefahr innerhalb des Motorraums 20 bzw. der Steuerung- und Regelungseinheit führen.
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Bei einer Trennung des Motorraums 20 vom Pumpenraum 10 mit einem zwischendrin angeordneten Zwischenraum zur Aufnahme der Steuerungs- und Regelungseinheit weist die motorseitige Wand, d. h. die Wand zwischen Zwischenraum und Motorraum 10 eine Öffnung auf. Durch diese Öffnung wird mittels eines elektrisch betriebenen Lüfters im Motorraum 20 Luft in den Zwischenraum eingebracht. Diese kann auf der gegenüberliegenden Seite seitlich nach außen entweichen. Die Durchbrüche für das Kupplungsgehäuse, welches zur Aufnahme der Kupplungsvorrichtung zwischen Dieselmotor 1 und Pumpe dient, werden zu jeder Wand mit je einer speziellen elastischen Abdichtung gasdicht verschlossen. Das große Frischluftvolumen innerhalb des Zwischenraums bewirkt, dass sich kein zündfähiges Gasgemisch im Zwischenraum und/oder Motorraum 20 bilden kann. Innerhalb des Kupplungsgehäuses ist eine Wellenlagerung angeordnet, der eine Ölkammer vorgelagert ist. Diese wird durch einen Ölvorratsbehälter, der oberhalb des Kupplungsgehäuses befestigt ist, permanent völlig mit Öl gefüllt. Dadurch ist das Entweichen von explosiven Gasen in den Motorraum 20 ausgeschlossen.
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Soll das Pumpenaggregat 100 als eine mobile Pumpenstation ausgeführt sein, so kann das Gehäuse 30 auf einem entsprechenden Fahrwerk angeordnet werden. Beispielsweise ist das Gehäuse 30 in diesem Fall auf einem geeigneten Anhängerfahrwerk angebracht und kann mittels eines Zugfahrzeuges transportiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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