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Pumpen Verdichter und Lüfter – Kreiselpumpen funktional erklären

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Pumpen Verdichter und Lüfter – Kreiselpumpen funktional erklären

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Pumpen Verdichter und Lüfter – Kreiselpumpen funktional erklären


Einleitung

Dieser aiMOOC ist für die Ausbildung konzipiert. Du lernst eine Kreiselpumpe funktional über drei Kernfragen: Was macht das Laufrad? Was macht das Gehäuse? Wie entsteht die Förderwirkung? Der Kurs arbeitet mit kurzen Lerneinheiten, Funktionsanimationen, Schaltbildern und sicheren Diagnose-Simulationen.

Eine Pumpe fördert hier eine Flüssigkeit. Verdichter und Lüfter arbeiten dagegen mit Gasen; sie dienen nur der Einordnung. Im Mittelpunkt steht die Kreiselpumpe als hydraulische Strömungsmaschine. Fachlich beruht ihre Wirkung auf der Energieübertragung vom rotierenden Laufrad auf das Fluid durch Dralländerung.[1]

Sicherheitsrahmen dieses Kurses: Praktische Lernhandlungen erfolgen nur als Simulation oder am drucklosen, gegen Wiederanlauf gesicherten Modell. An realen Pumpenanlagen können gespeicherte Druckenergie und Bewegungsenergie gefährlich sein. Reale Druckarbeiten, Funktionsprüfungen und Messungen unter Betriebsbedingungen dürfen nur nach betrieblicher Freigabe, Herstellerangaben, Gefährdungsbeurteilung und unter fachkundiger Aufsicht erfolgen. Druckprüfungen können erhebliche gespeicherte Energie enthalten; bewegte Teile besitzen kinetische Energie.[2]


Lernziele

Nach dem Kurs kannst Du Laufrad, Saugstutzen, Druckstutzen und Gehäuse funktional zuordnen, den Energiepfad von der Welle bis zum Fördermedium erklären, zwischen Geschwindigkeits- und Druckanteil der Fluidenergie unterscheiden, ein einfaches Pumpen-Schaltbild lesen, typische Störungsbilder ohne gefährliche Eingriffe beurteilen und begründen, wann eine Arbeit sofort gestoppt und an eine fachkundige Person übergeben werden muss.


Kurze Lerneinheit 1: Bauteile sehen – Funktionen zuordnen

Das Laufrad rotiert mit der Welle und überträgt mechanische Energie auf die Flüssigkeit. Das Pumpengehäuse schließt den Innenraum druckfest nach außen ab und führt die Strömung vom Laufrad zum Druckstutzen.[3]

Merksatz: Laufrad = Energie zuführen. Gehäuse = Strömung sammeln, führen und einen Teil der Geschwindigkeitsenergie in statischen Druck überführen.


Mini-Check

Zeige im Schnittbild auf Laufrad, Saugseite und Druckseite. Erkläre jedes Teil mit genau einem Verb: zum Beispiel „beschleunigen“, „zuführen“, „ableiten“.

Begründetes Feedback: Eine gute Erklärung nennt nicht nur Bauteile, sondern ihre Funktion im Energie- und Strömungsweg. „Das Laufrad dreht sich“ ist richtig, aber unvollständig; wichtig ist, dass es dem Fluid Energie zuführt.


Kurze Lerneinheit 2: Förderwirkung in vier Schritten

  1. Eintritt: Flüssigkeit strömt zum Laufradeintritt.
  2. Energieübertragung: Das rotierende Laufrad übt ein Drehmoment auf die Flüssigkeit aus und erhöht ihre Strömungsenergie.
  3. Radialer Austritt: Bei der Radialkreiselpumpe verlässt die Flüssigkeit das Laufrad mit höherer Geschwindigkeit und höherem Energieinhalt.
  4. Gehäusewirkung: Im Spiralgehäuse bzw. Diffusor wird die Strömung gesammelt und verzögert; dadurch wird ein Teil der Geschwindigkeitsenergie in statische Druckenergie umgewandelt.

Wichtig: Umgangssprachlich heißt es oft, die Pumpe „sauge“ Wasser an. Physikalisch entsteht der Zustrom, weil der Druck am Pumpeneintritt geringer ist als der antreibende Druck im Zulaufsystem. Eine normale Kreiselpumpe muss für den vorgesehenen Betrieb ausreichend mit Flüssigkeit gefüllt sein; Luft kann die Förderwirkung stark beeinträchtigen.


Kurze Lerneinheit 3: Energie – nicht nur Druck

Eine Kreiselpumpe wandelt mechanische Wellenleistung in Fluidenergie um. Direkt im Laufrad nimmt das Fluid insbesondere Bewegungsenergie und Druckenergie auf. Im Spiralgehäuse oder Diffusor wird ein Teil der Bewegungsenergie in statische Druckenergie umgewandelt. Reibung, Wirbel und Leckverluste begrenzen die nutzbare Energie.

Die Förderhöhe ist eine energetische Größe der Pumpe. Sie beschreibt die an das Fördermedium übertragene nutzbare mechanische Energie bezogen auf Gewichtskraft; ihre Einheit ist Meter.[4]

Energiepfad: Elektromotor → Welle → Laufrad → Fluidbewegung → Druck- und Lageenergie im System.


Denkfrage

Warum ist „Die Pumpe macht nur Druck“ fachlich zu kurz?

Begründetes Feedback: Die Pumpe erhöht die mechanische Energie des Fluids. Dazu gehören Druck-, Bewegungs- und gegebenenfalls Lageanteile. Das Gehäuse unterstützt besonders die Umwandlung von Geschwindigkeitsenergie in statischen Druck.


Kurze Lerneinheit 4: Schaltbild lesen

In technischen Unterlagen wird eine Kreiselpumpe häufig als Symbol in einem Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema dargestellt.

Ein einfaches Anlagenbild lautet: Behälter → Saugleitung → Kreiselpumpe → Druckleitung → Verbraucher oder höherer Behälter. Die Pumpe muss nicht nur einen Höhenunterschied überwinden, sondern auch Strömungsverluste in Rohrleitungen, Armaturen und Einbauten.


Schaltbild-Auftrag

Verfolge im Bild mit dem Finger den Weg vom unteren Behälter bis zum oberen Behälter. Markiere gedanklich die Stelle, an der dem Fluid Energie zugeführt wird. Benenne anschließend zwei Stellen, an denen Strömungsverluste auftreten können.

Begründetes Feedback: Die Energiezufuhr erfolgt in der Pumpe. Verluste entstehen beispielsweise in Rohrleitungen, Bögen, Armaturen oder Filtern. Deshalb bestimmt nicht die Pumpe allein den tatsächlichen Förderstrom.


Kurze Lerneinheit 5: Kennlinie und Betriebspunkt

Die Pumpenkennlinie zeigt unter anderem die Förderhöhe in Abhängigkeit vom Förderstrom. Der tatsächliche Betriebspunkt ergibt sich aus dem Zusammenwirken von Pumpenkennlinie und Anlagenkennlinie.[5]

Praxisidee: Wird der Anlagenwiderstand größer, verschiebt sich der Betriebspunkt. Deshalb kann „zu wenig Förderstrom“ sowohl pumpenseitige als auch anlagenseitige Ursachen haben.


Kurze Lerneinheit 6: Kavitation erkennen – nicht provozieren

Kavitation bedeutet, dass in einer Flüssigkeitsströmung Dampfblasen entstehen und später schlagartig zusammenbrechen. In Kreiselpumpen kann dies Geräusche, unruhigen Lauf, sinkenden Wirkungsgrad, Förderhöhenverlust und Materialabtrag verursachen.[6]

Für die Beurteilung des Saugverhaltens ist der NPSH-Begriff wichtig. Vereinfacht muss anlagenseitig genügend Druckreserve gegenüber dem Dampfdruck vorhanden sein; KSB unterscheidet den vorhandenen NPSH der Anlage und den erforderlichen NPSH der Pumpe.[7]

Sicher lernen: Kavitation wird in diesem Kurs nur über Animation, Bild, Messwert-Simulation oder vorab freigegebene Demonstration behandelt. Du erzeugst keine Kavitation absichtlich an einer realen Ausbildungsanlage.


Sicherheitswissen: gespeicherte Druck- und Bewegungsenergie

Gespeicherte Druckenergie kann in geschlossenen Rohrabschnitten, Druckbehältern, Armaturen, Schläuchen oder elastisch verformten Bauteilen verbleiben. Bei Druckprüfungen hängt die freisetzbare Energie unter anderem von Druck, Volumen und Kompressibilität ab.[8]

Gespeicherte Bewegungsenergie liegt in rotierenden oder nachlaufenden Teilen wie Welle, Kupplung und Laufrad vor. „Motor aus“ bedeutet deshalb nicht automatisch „sofort gefahrlos“. Druckluft- und andere Energiespeicher können außerdem unerwartete Bewegungen auslösen; DGUV-Fachinformationen verlangen, solche Gefährdungen bei Bedienung und Instandhaltung zu berücksichtigen.[9]

Für Dich in der Ausbildung gilt: Keine Abdeckung öffnen, keine Verschraubung lösen, keine Leitung trennen, keinen Druck „probeweise“ abbauen und keine rotierenden Teile berühren. Diagnoseübungen erfolgen an einer Simulation oder an einem nach betrieblicher Anweisung drucklos gemachten und gegen Wiederanlauf gesicherten Modell. Reale Druckarbeiten und Prüfungen sind nur fachlich freigegeben und beaufsichtigt zulässig.


Ausbildungsfall: Kühlwasserpumpe P-12 fördert zu wenig

Situation: In einer Lernsimulation meldet die Anlage: Förderstrom 60 statt 90 Prozent des Sollwerts. Der Motor läuft. Das simulierte Geräusch wird rauer. Der simulierte Saugdruck fällt stärker ab als im Normalzustand. Es wird nicht an der realen Pumpe geschraubt.

Auftrag: Entscheide, welche Ursache zuerst plausibel geprüft werden sollte: A) saugseitige Behinderung oder unzureichende Zulaufbedingungen, B) defekte Beleuchtung im Raum, C) falsche Lackfarbe des Pumpengehäuses.

Hilfe 1: Nutze nur die Symptome, die unmittelbar mit dem Strömungsweg zusammenhängen.

Hilfe 2: Frage Dich, was ein stärkerer Druckabfall auf der Saugseite und raues Geräusch gemeinsam erklären kann.

Hilfe 3: Prüfe gedanklich, ob ein verschmutztes Saugsieb, eine ungünstige Zulaufbedingung oder Lufteintritt die Saugseite verschlechtern könnte.

Lösung und Feedback: A ist die beste erste Hypothese. Sie erklärt gleichzeitig geringeren Förderstrom und schlechtere Saugbedingungen. Das ist noch keine endgültige Diagnose. In der Praxis würde die weitere Prüfung nur nach Freigabe und mit sicheren, vorgegebenen Mess- und Prüfverfahren erfolgen.


Sichere Fehlerdiagnose-Simulationen

Simulationsbild Beobachtung Sichere Diagnoseentscheidung Begründetes Feedback
Fall A: Kein Förderstrom Motorstatus „ein“, simulierte Pumpe mit Luft gefüllt, Druckaufbau bleibt aus. Betrieb nicht fortsetzen; in der Simulation „fehlende Flüssigkeitsfüllung / Luft im Pumpenraum“ prüfen. Eine Kreiselpumpe braucht geeignete Zulaufbedingungen. Luft kann die Förderwirkung stark mindern. Kein Öffnen einer realen Anlage unter Druck.
Fall B: Raues Geräusch + sinkende Förderhöhe Saugdruck fällt, Geräusch wird kieselartig, Förderhöhe sinkt. In der Simulation „Kavitationsrisiko / unzureichende NPSH-Reserve“ wählen und Stopp bzw. Eskalation auslösen. Die Symptomkombination passt zu Kavitation. Eine reale Anlage wird nicht absichtlich in diesen Zustand gebracht.
Fall C: Vibration steigt Förderstrom ist annähernd normal, aber simulierte Schwingung steigt deutlich. Keine Zerlegung; Meldung, sichere Abschaltung nach Betriebsanweisung und fachkundige Prüfung wählen. Erhöhte Schwingung kann mechanische Ursachen haben. Eine Ferndiagnose reicht nicht für einen sicheren Eingriff.


Basis-, Anwendungs- und Transferaufgaben


Basisaufgabe

Aufgabe: Nenne die beiden Bauteile, die für die Kernfunktion besonders wichtig sind, und beschreibe ihre Aufgabe in je einem Satz.

Begründetes Feedback: Erwartet werden Laufrad und Gehäuse. Das Laufrad führt dem Fluid Energie zu; das Gehäuse sammelt und führt die Strömung und unterstützt die Umwandlung von Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie.


Anwendungsaufgabe

Aufgabe: In einer Simulation steigt der Widerstand in der Druckleitung. Begründe, warum sich dadurch der Förderstrom ändern kann, obwohl die Pumpendrehzahl gleich bleibt.

Begründetes Feedback: Pumpe und Anlage wirken zusammen. Ein geänderter Anlagenwiderstand verändert die Anlagenkennlinie und damit den Betriebspunkt. Die richtige Begründung verbindet Pumpen- und Anlagenverhalten.


Transferaufgabe

Aufgabe: Ein Team sagt: „Der Motor ist aus, also können wir die Pumpe sofort öffnen.“ Beurteile die Aussage.

Begründetes Feedback: Die Aussage ist unsicher. Restdruck und nachlaufende rotierende Teile können Energie speichern. Vor Arbeiten sind betriebliche Freigabe, sichere Energietrennung, Drucklosigkeit, Stillstandskontrolle und Aufsicht nach den vorgegebenen Verfahren erforderlich.


Medien- und Quellencheck

Die eingesetzten Commons-Medien wurden über ihre Dateibeschreibungsseiten geprüft: Centrifugal Pump de.svg ist mehrfach frei lizenziert, unter anderem CC BY-SA 3.0; Centrifugal pump.gif steht unter CC BY-SA 4.0; Centrifugal pump schematic.jpg steht unter CC BY-SA 4.0; Centrifugal pump system.png steht unter CC0; Pump, centrifugal type (ISO 10628-2).svg ist vom Rechteinhaber gemeinfrei freigegeben; Kavitation at pump impeller.jpg steht unter CC BY-SA 3.0/GFDL. Die jeweiligen Namensnennungs- und Lizenzbedingungen auf Wikimedia Commons sind zu beachten.

YouTube-Videos werden ausschließlich als Plattform-Einbettung verwendet. Für sie wird hier keine freie OER-Lizenz behauptet; Urheberrecht und Verfügbarkeit verbleiben beim jeweiligen Anbieter bzw. Rechteinhaber. Verwendet werden reale, recherchierte Links von Learn Engineering, saVRee und The Engineering Mindset; kein Sofatutor.


Interaktive Aufgaben


Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Hauptaufgabe hat das Laufrad einer Kreiselpumpe? (Es überträgt mechanische Energie auf die Flüssigkeit) (!Es speichert ausschließlich elektrische Energie) (!Es misst den Förderstrom) (!Es ersetzt die Saugleitung)




Welche Hauptfunktion hat das Spiralgehäuse? (Es sammelt die Strömung und unterstützt die Umwandlung von Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie) (!Es erzeugt die elektrische Motordrehzahl) (!Es verhindert jede Form von Reibungsverlust) (!Es dient nur als Farbträger)




Was beschreibt die Förderhöhe einer Kreiselpumpe fachlich am besten? (Eine energetische Größe der an das Fluid übertragenen nutzbaren mechanischen Energie) (!Nur die geometrische Bauhöhe der Pumpe) (!Die Länge der Motorwelle) (!Die Höhe des Pumpengehäuses)




Wo wird dem Fördermedium bei der Kreiselpumpe unmittelbar Energie zugeführt? (Im rotierenden Laufrad) (!Im Namensschild) (!Im Fundament) (!Im Kabelkanal)




Was ist Kavitation? (Entstehen und schlagartiges Zusammenbrechen von Dampfblasen in einer Flüssigkeitsströmung) (!Das planmäßige Einfärben des Fördermediums) (!Das Schmieren eines Elektromotors) (!Das Reinigen eines Pumpengehäuses von außen)




Welche Beobachtung passt zu einem Kavitationsrisiko? (Raues Geräusch zusammen mit ungünstigen Saugbedingungen) (!Ruhiger Lauf bei stabilen Messwerten) (!Ein lesbares Typenschild) (!Eine ausgeschaltete Raumbeleuchtung)




Was bestimmt den Betriebspunkt einer Kreiselpumpe? (Das Zusammenwirken von Pumpenkennlinie und Anlagenkennlinie) (!Nur die Lackfarbe der Pumpe) (!Nur die Raumtemperatur) (!Nur die Länge des Motorkabels)




Warum ist Motor aus allein noch keine Freigabe zum Öffnen einer Pumpe? (Weil Restdruck und nachlaufende Bewegung noch Energie speichern können) (!Weil eine Pumpe ohne Motor immer elektrisch geladen bleibt) (!Weil das Laufrad dann automatisch heißer wird) (!Weil die Förderhöhe dann unendlich groß ist)




Wie werden Fehlerdiagnosen in diesem Kurs praktisch geübt? (Mit Simulation oder drucklosem gesichertem Modell) (!Durch absichtliches Erzeugen von Kavitation an einer realen Anlage) (!Durch Lösen von Verschraubungen unter Druck) (!Durch Berühren rotierender Teile)




Wer darf reale Druckarbeiten und Prüfungen durchführen? (Fachlich freigegebene Personen unter geeigneter Aufsicht und nach betrieblichen Vorgaben) (!Jede Person nach dem Lesen dieses Kurses) (!Nur Lernende ohne Aufsicht) (!Beliebige Besucher einer Werkstatt)





Memory

Laufrad Energieübertragung
Spiralgehäuse Druckumwandlung
Saugstutzen Fluideintritt
Druckstutzen Fluidaustritt
Kavitation Dampfblasenkollaps
Betriebspunkt Kennlinienschnittpunkt





Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu. Thema
Laufrad Energie an das Fluid übertragen
Spiralgehäuse Strömung sammeln und verzögern
Saugleitung Flüssigkeit zur Pumpe führen
Druckleitung Flüssigkeit vom Pumpenaustritt weiterführen
Kavitation Dampfblasen entstehen und kollabieren






Kreuzworträtsel

Laufrad Welches rotierende Bauteil überträgt Energie auf die Flüssigkeit?
Gehäuse Welches Bauteil umschließt den Pumpeninnenraum und führt die Strömung?
Kavitation Wie heißt das Entstehen und Zusammenbrechen von Dampfblasen?
Förderhöhe Welche energetische Pumpengröße wird in Metern angegeben?
Saugstutzen Wie heißt der Eintrittsanschluss der Pumpe?
Druckstutzen Wie heißt der Austrittsanschluss der Pumpe?





LearningApps


Lückentext

Vervollständige den Text.
Das rotierende

überträgt mechanische Energie auf die Flüssigkeit. Das

sammelt die austretende Strömung und unterstützt die Umwandlung von Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie. Der tatsächliche Förderstrom ergibt sich am

aus dem Zusammenwirken von Pumpe und Anlage. Bei ungünstigen Saugbedingungen kann

auftreten. Vor Arbeiten an einer realen Anlage müssen gespeicherte

und Bewegungsenergie berücksichtigt werden. Praktische Diagnose wird hier als

oder am drucklosen gesicherten Modell durchgeführt.




Offene Aufgaben


Leicht

  1. Bauteile erkennen: Erstelle aus dem Schnittbild eine Karte mit fünf Bauteilnamen und je einem Funktionsverb.
  2. Energiepfad: Zeichne Motor, Welle, Laufrad und Fluid als vier Stationen und ergänze die jeweilige Energieform.
  3. Schaltbild lesen: Suche im bereitgestellten Fließbild das Pumpensymbol und beschreibe den Fließweg in drei Sätzen.
  4. Sicherheitskarte: Gestalte eine Karte mit den Begriffen Restdruck, Nachlauf und Freigabe und erkläre, warum jeder Begriff wichtig ist.


Standard

  1. Funktionsposter: Erstelle ein Poster, das Laufrad, Gehäuse und Förderwirkung mit höchstens 80 Wörtern erklärt.
  2. Symptomanalyse: Werte die drei sicheren Diagnose-Simulationen aus und ordne Symptome, mögliche Ursache und sichere Reaktion zu.
  3. Betriebspunkt: Erkläre mit einer selbst gezeichneten Skizze, warum ein höherer Anlagenwiderstand den Betriebspunkt verändern kann.
  4. Fachgespräch: Führe ein kurzes Interview mit einer ausbildenden Fachkraft darüber, welche Freigaben vor realen Pumpenprüfungen im Betrieb gelten. Dokumentiere nur allgemeine Sicherheitsregeln, keine vertraulichen Betriebsdaten.


Schwer

  1. Diagnosekonzept: Entwickle für den Fall „Förderstrom zu gering“ einen Entscheidungsbaum, der ausschließlich sichere Beobachtungen und Simulationsdaten verwendet.
  2. NPSH-Transfer: Erkläre an einem selbst gewählten Anlagenbeispiel qualitativ, welche Änderungen die Saugbedingungen verbessern oder verschlechtern könnten.
  3. Energiebilanz: Analysiere, an welchen Stellen zwischen Motor und Fördermedium Verluste auftreten, und schlage zwei energiebezogene Beobachtungsgrößen vor.
  4. Mikro-Unterweisung: Produziere ein zweiminütiges Lernvideo für Auszubildende mit dem Titel „Warum Motor aus nicht automatisch drucklos bedeutet“. Verwende nur Simulationen oder ein druckloses Modell.




Text bearbeiten Bild einfügen Video einbetten Interaktive Aufgaben erstellen



Lernkontrolle

  1. Laufrad und Gehäuse: Erkläre, warum Laufrad und Gehäuse gemeinsam betrachtet werden müssen, wenn die Förderwirkung einer Kreiselpumpe beschrieben wird.
  2. Energiekette: Übertrage den Energiepfad auf eine andere Strömungsmaschine und benenne Gemeinsamkeiten und Unterschiede, ohne die Medien Flüssigkeit und Gas zu verwechseln.
  3. Anlagenänderung: Eine Rohrleitung erhält zusätzliche Einbauten. Begründe qualitativ, wie dies den Betriebspunkt beeinflussen kann und welche Messwerte Du in einer Simulation beobachten würdest.
  4. Diagnosebewertung: Beurteile die Aussage „Raues Geräusch beweist Kavitation“. Zeige, warum mehrere Beobachtungen und eine fachkundige Prüfung nötig sind.
  5. Energiegefahren: Entwickle eine kurze Sicherheitsbegründung, warum Restdruck und Nachlauf getrennt betrachtet werden müssen.
  6. Transferfall: Eine Pumpe liefert zu wenig Förderstrom, läuft aber ruhig. Formuliere drei plausible Hypothesen und ordne ihnen jeweils eine ungefährliche Simulationsbeobachtung zu.


Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du die Funktion von Laufrad und Gehäuse korrekt erklären, den Weg der Energie vom Antrieb zum Fluid darstellen, Förderhöhe und Betriebspunkt in ihrem Zusammenhang beschreiben, ein einfaches Pumpen-Schaltbild deuten, Kavitationssymptome vorsichtig bewerten und sichere von unsicheren Diagnosehandlungen unterscheiden können. Besonders wichtig ist, dass Du gespeicherte Druckenergie und gespeicherte Bewegungsenergie erkennst und bei realen Arbeiten keine eigenmächtigen Eingriffe ableitest. Ein geeigneter Lernnachweis kombiniert Funktionsskizze, Fallanalyse und begründete Sicherheitsentscheidung.




Einzelnachweise


OERs zum Thema

Vertiefende Fachquellen:

  1. KSB Kreiselpumpenlexikon: Kreiselpumpe
  2. KSB Kreiselpumpenlexikon: Pumpengehäuse
  3. KSB Kreiselpumpenlexikon: Förderhöhe
  4. KSB Kreiselpumpenlexikon: Kennlinie
  5. KSB Kreiselpumpenlexikon: Kavitation
  6. KSB Kreiselpumpenlexikon: NPSH
  7. DGUV FBHM-086: Druckprüfungen und gespeicherte Energie
  8. DGUV FBHM-107: Gefährdungen durch gespeicherte Druckluftenergie und unerwartete Bewegung
  9. Wikimedia Commons: Diagrams of centrifugal pumps


Verknüpfte Lernbereiche


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