DE102006020951A1 - Kühlsystem für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Fahrzeug mit einem Motor (18), einem Motorkühler (10) und einem Motorkühlkreislauf (39), wobei ein zweiter Kühlkreislauf (40) mit mindestens einer Kühlkomponente (11) an den Motorkühler (10) ankoppelbar ist und mit einer Abzweigleitung (29) von einer Kühlmittelzuleitung (28) des Motorkühlkreislaufs (39) und mit einer Rückleitung (34, 37, 38) von der Kühlkomponente (11) mit einem Kühlmittelrücklauf (31) des Motorkühlkreislaufs (39) verbunden ist. Es wird vorgeschlagen, dass der zweite Kühlkreislauf (38) abhängig von Betriebsbedingungen des Motors (10) ausgangsseitig wahlweise an den Kühlmittelrücklauf (31) oder an eine Kühlmittelzuleitung (30) koppelbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.
- In heutigen Fahrzeug-Kühlsystemen zirkuliert das Kühlmedium zwischen den zu kühlenden Bauteilen, z.B. dem Motor, der Lichtmaschine etc., und dem Kühler unabhängig von der Motorlast mit einer relativ hohen, thermostatgeregelten Temperatur von etwa 100°C, um Reibungsverluste am Motor möglichst zu minimieren. Wird zur Kühlung von bestimmten Bauteilen oder Betriebsmedien, z.B. Getriebe, Abgasrückführung, Ladeluft etc., Kühlwasser mit wesentlich geringerer Temperatur benötigt, so wird ein eigener Kreislauf mit separatem Niedertemperaturkühler notwendig. Oft wird der Hauptwasserkühler konstruktiv unterteilt und ein Teil als Niedertemperaturkühler verwendet. Am Fahrzeug sind entweder zwei Kühler verbaut, ein Hochtemperaturkühler und ein Niedrigtemperaturkühler, was Bauraumprobleme schafft, oder der Hauptwasserkühler ist in einen Hochtemperaturteil und einen Niedertemperaturteil unterteilt. Diese Unterteilung führt zu Problemen mit Thermospannungen und verringert die Kühlleistung, die zur eigentlichen Motorkühlung benötigt wird.
- Aus der
DE 196 33 190 A1 ist bereits ein Kühlsystem bekannt, bei der eine Abgaskühleinrichtung in einen Motorkühlkreislauf integriert ist und über eine Abzweigleitung und eine Rückleitung mit Leitungen des Motorkühlkreislaufs verbunden ist. Bei einer Aufwärmphase des Motors kann die Abgaskühleinrichtung vom Motor entkoppelt werden, wobei ein Niedertemperaturkreislauf zur Kühlung der Abgaskühleinrichtung gebildet wird. Die Entkopplung erfolgt temperaturabhängig mit Hilfe eines Thermostatventils. Kühlwasser zirkuliert dann zwischen Abgaskühleinrichtung und Motorkühler unter Umgehung des Motors. In der Abzweigleitung, die von einer vom Motorkühler zum Motor führenden Kühlmittelleitung abzweigt, ist dazu eine Umwälzpumpe angeordnet. Die Rückleitung ist von der Kühleinrichtung in eine vom Motor zu dem Motorkühler führende Rückleitung geführt. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend vom Stand der Technik ein Kühlsystem zu schaffen, das einen bedarfsgerechten verbesserten Niedertemperaturkreislauf zur Verfügung stellt.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
- Das erfindungsgemäße Kühlsystem für ein Fahrzeug wie auch das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems sehen neben den gattungsgemäßen Merkmalen vor, dass ein zweiter Kühlkreislauf abhängig von Betriebsbedingungen eines Motors ausgangsseitig wahlweise an einen Kühlmittelrücklauf oder an eine Kühlmittelzuleitung koppelbar ist. Eine Kühlung einer Kühlkomponente im zweiten Kühlkreislauf ist in allen Betriebspunkten des Motors gewährleistet. Der zweite Kühlkreislauf ist insbesondere ein Niedertemperaturkreislauf. Gleichzeitig kann der Motorkühlkreislauf, z.B. in einer Aufheizphase des Motors, vom zweiten Kühlkreislauf praktisch unbeeinflusst bleiben. In einem Betriebszustand zweigt der zweite Kühlmittelkreislauf von der Kühlmittelzuleitung ab und koppelt wieder in die Kühlmittelzuleitung zum Motor ein, wobei der zweite Kreislauf parallel zur Kühlmittelzuleitung geschaltet ist. Wird der Kühlkreislauf abhängig von Betriebsbedingungen umgeschaltet, verläuft der zweite Kühlkreis parallel zum Motorkühlkreis, wenn z.B. der zweite Kühlkreis von einer Kühlmittelzuleitung abzweigt und in einen Kühlmittelrücklauf einkoppelt. Es wird vorteilhaft ausgenutzt, dass eine Kühlleistungsanforderung an einen Niedertemperaturteil und an einen Hochtemperaturteil des Kühlsystems selten gleichzeitig auftritt. Beispielsweise wird die Abgasrückführungs-Kühlung nur bei Teillast benötigt. In vielen Betriebspunkten ist die Hochtemperatur-Kühlung nur gering belastet, z.B. mit Kühlerthermostat im Regelbetrieb) und kann prinzipiell zur Niedertemperaturkühlung verwendet werden. Dadurch, dass kein separater Niedertemperaturkühler eingesetzt werden muss, werden Kosten und Bauraum gespart. Es werden auch Probleme mit Thermospannungen am Motorkühler, die bei Unterteilung des Motorkühlers in einen Hochtemperaturteil und einen Niedertemperaturteil entstehen würden, vermieden. Als Kühlkomponente im zweiten Kühlkreislauf kann bevorzugt ein Abgasrückführungskühler, ein Getriebeölkühler und/oder ein Ladeluftkühler vorgesehen sein.
- In einer günstigen Ausgestaltung ist in der Rückleitung des zweiten Kühlkreislaufs ein Ventil angeordnet, das abhängig von einer Kühlmittelstrommenge im Motorkühlkreislauf und/oder einer Motordrehzahl eine Verbindungsleitung zwischen der Rückleitung und dem Kühlmittelrücklauf sperrt oder öffnet.
- In einer günstigen Ausgestaltung schließt das Ventil bei Übersteigen eines Kühlmittelvolumenstroms im Motorkühlkreislauf und/oder einer Motordrehzahl selbsttätig. Das Ventil ist bevorzugt ein Rückschlagventil.
- In einer günstigen Ausgestaltung ist vor der Kühlkomponente eine erste Temperaturmessstelle angeordnet und/oder nach einem Medienaustritt eines zu kühlenden Mediums aus der Kühlkomponente eine zweite Temperaturmessstelle. Ist die Kühlkomponente z.B. ein Abgasrückführungskühler, kann die Temperatur des gekühlten Abgases und/oder der Temperatur des zugeführten Kühlmittels überwacht werden.
- In einer günstigen Ausgestaltung ist im zweiten Kühlkreislauf eine elektrische Pumpe angeordnet. Die elektrische Pumpe ist bevorzugt eine elektrische Umwälzpumpe. Durch die elektrische Pumpe wird eine höhere Fördermenge des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf erreicht.
- In einer günstigen Ausgestaltung ist die elektrische Pumpe in der Abzweigleitung angeordnet. Auf Grund der Anordnung der elektrischen Pumpe in der Abzweigleitung ist die elektrische Pumpe vor der Kühlkomponente angeordnet. Diese Anordnung ist aus Platzgründen vorteilhaft.
- In einer günstigen Ausgestaltung ist die elektrische Pumpe in der Rückleitung stromaufwärts des Ventils angeordnet. Die elektrische Pumpe ist hiermit nach der Kühlkomponente angeordnet. Reicht die Förderleistung der Pumpe nicht mehr aus, kann das Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil, bei ansteigender Motordrehzahl und damit ansteigender Fördermenge einer im Motorkühlkreis angeordneten motorangetriebenen Pumpe öffnen.
- In einer günstigen Ausgestaltung ist eine Einheit zur Überwachung und/oder Steuerung einer Fördermenge eines Kühlmittelvolumenstroms der Umwälzpumpe abhängig von einer Menge eines in der Kühlkomponente zu kühlenden Mediums vorgesehen. Die elektrische Pumpe kann nach Bedarf angesteuert werden.
- In einer günstigen Ausgestaltung ist ein Abzweig des Rücklaufs des zweiten Kühlkreislaufs vorgesehen, der Kühlmittel in den Kühlmittelzulauf des Motorkühlkreislaufs zwi schen Motorkühler und Motor einführt. Das Kühlmittel kann z.B. in einen Heizungsrücklauf zu einem Pumpeneintritt im Motorkühlkreis gelangen. Die Versorgung der Kühlkomponente mit Kühlmittel im zweiten Kühlkreislauf ist damit in allen Betriebspunkten sichergestellt.
- In einer günstigen Ausgestaltung ist zur Kopplung des Abzweigs an die Kühlmittelzuleitung ein Thermostatventil vorgesehen.
- In einer günstigen Ausgestaltung ist in dem Abzweig ein Ventil, insbesondere ein elektrisch angesteuertes Drosselventil oder ein Schlauchthermostat, vorgesehen, das öffnet, wenn das Ventil vor der Pumpe in der Rückleitung schließt.
- In einer günstigen Ausgestaltung ist im Abzweig stromabwärts des Ventils ein Rückschlagventil vorgesehen.
- In einer günstigen Ausgestaltung ist zur Steigerung der Kühlleistung zwischen dem Motorkühler und der Kühlkomponente im zweiten Kühlkreislauf ein zusätzlicher Kühler vorgesehen.
- Weitere Ausbildungsformen und Aspekte der Erfindung werden unabhängig von einer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung der Allgemeinheit im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine Prinzipskizze einer Verschaltung eines bevorzugten Kühlsystems.
- Das in der Figur dargestellte Kühlsystem für ein Fahrzeug umfasst einen Motorkühlkreislauf
39 , in dem ein Motor18 gekühlt wird, und einen zweiten Kühlkreislauf40 , in dem eine Kühlkomponente11 gekühlt wird, z.B. ein Abgasrückführungskühler. - Ein Motorkühler
10 versorgt den Motor18 mit Kühlmittel über einen Kühlmittelzulauf28' ,28 und einen daran anschließenden Kühlmittelzulauf30 , der an einem Eingang einer Pumpe17 führt, bevorzugt einer Wasserpumpe, die motorangetrieben und deren Fördermenge daher abhängig von der Drehzahl des Motors18 ist. Am Motorkühler10 bzw. dessen Kühlmittelzulauf28 ist ein Ausgleichsbehälter26 über eine Zuleitung27 angeschlossen. - Über die Pumpe
17 gelangt das Kühlmittel in den Motor18 und von dort über einen ersten Kühlmittelrücklauf31 zurück zum Motorkühler10 und einen zweiten Kühlmittelrück lauf32 zu einem im Kühlmittelzulauf30 angeordneten Hauptthermostat16 , der bevorzugt als Zweitellerthermostat ausgebildet ist. Der Hauptthermostat16 weist einen Anschluss für eine Kurzschlussleitung des Kühlmittelzulaufs30 , den Kühlerrücklauf32 und einen Heizungsrücklauf33 einer Heizungseinheit25 auf, der ein Teil des vom Motor18 erwärmten Kühlmittels zugeführt wird. - Dem zweiten Kühlkreislauf
40 ist Kühlmittel vom Motorkühler10 über einen Abzweig29 aus dessen Kühlmittelzulauf28' ,28 zuführbar. Im Abzweig29 ist vor der Kühlkomponente11 eine erste Temperaturmessstelle21 zur Erfassung einer Kühlmitteltemperatur angeordnet. In die bevorzugt als Abgasrückführungskühler ausgebildete Kühlkomponente11 tritt ein heißes Abgas19 ein und aus der Kühlkomponente11 ein gekühltes Abgas20 aus. An einer zweiten Temperaturmessstelle22 ist die Temperatur des in der Kühlkomponente11 gekühlten Mediums, z.B. Abgas, erfassbar. Aus einem Rücklauf34 zweigt eine Rückleitung37 ab. - In dem zweiten Kühlkreislauf
40 ist eine bevorzugt als elektrische Umwälzpumpe ausgebildete Pumpe13 angeordnet. Bevorzugt ist die elektrische Umwälzpumpe eine Wasserpumpe. Hierbei ist die elektrische Pumpe13 je nach Ausführungsbeispiel entweder vor oder nach der Kühlkomponente11 angeordnet. In der Figur sind beide Ausführungsarten, sowohl die Anordnung vor der Kühlkomponente11 in der Abzweigleitung29 , als auch die Anordnung der Pumpe13 nach der Kühlkomponente11 in der Rückleitung37 und vor dem Ventil14 gezeigt, wobei die Pumpe13 in der Ausführungsart vor der Kühlkomponente11 strichliert und in der Ausführungsart nach der Kühlkomponente11 mit durchgezogener Linie gezeichnet ist. - In der Rückleitung
37 ist ein bevorzugt als Rückschlagventil ausgebildetes Ventil14 angeordnet. Ist die Pumpe13 in der Rückleitung37 angeordnet, ist diese zwischen dem Abzweig aus der Leitung34 und dem Ventil14 angeordnet. Von dem Ventil14 führt eine Verbindungsleitung38 zum Kühlmittelrücklauf31 des Motorkühlkreislaufs39 . - Aus dem Rücklauf
34 zweigt eine weitere Rückleitung35 ab, in der ein Ventil12 angeordnet ist, das bevorzugt als elektrisch ansteuerbares Drosselventil oder als Schlauchthermostat ausgebildet ist. Optional kann sich ein Rückschlagventil15 daran anschließen. Eine Verbindungsleitung36 verbindet die Rückleitung35 mit dem Heizungsrücklauf33 und damit mit der Kühlmittelzuleitung30 . - Die Pumpe
13 erhält Ansteuersignale von einer Einheit23 zur Überwachung und/oder Steuerung einer Fördermenge eines Kühlmittelvolumenstroms der elektrischen Pumpe13 . Bei einem bevorzugten Abgasrückführungskühler als Kühlkomponente11 kann z.B. eine betriebspunktspezifische Abgasrückführungsmenge24 einer Motorsteuerung vorgegeben werden und die Fördermenge der Pumpe13 entsprechend eingestellt werden. - Die Kühlkomponente
11 benötigt, z.B. zur Kühlung von rückgeführtem Abgas, kaltes Kühlmittel. Zu diesem Zweck wird das Kühlmittel, bevorzugt Kühlwasser, am Ausgang des Motorkühlers10 entnommen. Wird am Ausgang der Kühlkomponente11 ein Temperaturgrenzwert nicht erreicht, so bleibt das Ventil12 geschlossen, und kaltes Kühlmittel wird von der Pumpe13 wieder zurück an einen Eingang des Motorkühlers10 gefördert. Ein Niedertemperaturkreislauf zwischen der Kühlkomponente11 und dem Motorkühler10 entsteht. Ein Kühlmittelvolumenstrom im Niedertemperaturkreis, bestehend aus dem Austrittsbereich28' des Kühlmittelzulaufs28 , der Abzweigleitung29 , der Kühlkomponente11 , des Rücklaufs34 , der Rückleitung37 , der Verbindungsleitung38 und dem Eintrittsbereich31' des Kühlwasserrücklaufs31 , kann durch die Einheit23 an die betriebspunktspezifische Wunschmenge24 an gekühltem, rückgeführtem Abgas angepasst werden. Durch die Temperaturen des Kühlmittels an der ersten Temperaturmessstelle21 vor der Kühlkomponente11 und der Abgastemperatur an der zweiten Temperaturmessstelle22 nach dem Medientautritt aus der Kühlkomponente11 kann optional der durch die Kühlkomponente11 fließende Förderstrom der Pumpe13 geregelt und ggfs. überwacht werden. - Durch das Ventil
12 im Rücklauf35 wird erreicht, dass das Niedertemperatur-Kühlwasser das Aufheizverhalten des Motors18 nicht beeinträchtigen kann. Solange nämlich die Motordrehzahl gering bleibt, reicht die Förderleistung der Pumpe13 aus, um einen zirkulierenden Niedertemperaturkreislauf zwischen der Kühlkomponente11 und dem Motorkühler10 aufrecht zu erhalten. Steigt die Motordrehzahl über einen Grenzwert, so schließt das Ventil14 und verhindert eine rückwärtige Durchströmung der Kühlkomponente11 . Zu diesem Zeitpunkt öffnet das Ventil12 im Rücklauf35 und ermöglicht einen direkten Kühlmittelstrom in den Heizungsrücklauf33 bzw. den Kühlmittelzulauf30 und zum Pumpeneintritt der Pumpe17 vor dem Motor10 . Die Kühlung durch die Kühlkomponente11 ist damit in allen Betriebspunkten sichergestellt. Zur weiteren Steigerung der Kühlleistung kann zwischen dem Motorkühler10 und der Kühlkomponente11 noch optional ein zusätzlicher Kühler eingebunden werden. -
- 10
- Motorkühler
- 11
- Kühlkomponente
- 12
- Ventil
- 13
- Pumpe
- 14
- Ventil
- 15
- Rückschlagventil
- 16
- Hauptthermostat
- 17
- motorangetriebene Pumpe
- 18
- Motor
- 19
- Abgas vor Kühlkomponente
- 20
- Abgas nach Kühlkomponente
- 21
- Temperaturmessstelle nach Kühlkomponente
- 22
- Temperaturmessstelle vor Kühlkomponente
- 23
- Überwachungseinheit
- 24
- betriebspunktspezifische Abgasrückführungsmenge der Motorsteuerung
- 25
- Heizung
- 26
- Behälter
- 27
- Zuleitung
- 28
- Kühlmittelzuleitung
- 28'
- Austrittsbereich aus Motorkühler
- 29
- Abzweig
- 30
- Kühlmittelzuleitung
- 31
- Kühlerrücklauf
- 31'
- Eintrittsbereich in Motorkühler
- 32
- Kühlerrücklauf
- 33
- Heizungsrücklauf
- 34
- Rücklauf
- 35
- Abzweig
- 36
- Verbindungsleitung
- 37
- Rückleitung zu elektrischer Pumpe
- 38
- Verbindungsleitung
- 39
- Motorkühlkreislauf
- 40
- zweiter Kreislauf
Claims (15)
- Kühlsystem für ein Fahrzeug mit einem Motor (
18 ), einem Motorkühler (10 ) und einem Motorkühlkreislauf (39 ), wobei ein zweiter Kühlkreislauf (40 ) mit mindestens einer Kühlkomponente (11 ) an den Motorkühler (10 ) ankoppelbar ist und mit einer Abzweigleitung (29 ) von einer Kühlmittelzuleitung (28 ) des Motorkühlkreislaufs (39 ) und mit einer Rückleitung (34 ,37 ,38 ) von der Kühlkomponente (11 ) mit einem Kühlmittelrücklauf (31 ) des Motorkühlkreislaufs (39 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkreislauf (40 ) abhängig von Betriebsbedingungen des Motors (10 ) ausgangsseitig wahlweise an den Kühlmittelrücklauf (31 ) oder an eine Kühlmittelzuleitung (30 ) koppelbar ist. - Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückleitung (
37 ) des zweiten Kühlkreislaufs (40 ) ein Ventil (14 ) angeordnet ist, das abhängig von einem Kühlmittelvolumenstrom im Motorkühlkreislauf (38 ) und/oder einer Motordrehzahl des Motors (18 ) eine Verbindungsleitung (38 ) zwischen der Rückleitung (37 ) und dem Kühlmittelrücklauf (31 ) sperrt oder öffnet. - Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (
14 ) bei Übersteigen eines Kühlmittelvolumenstroms und/oder einer Motordrehzahl selbsttätig schließt. - Kühlsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Kühlkreislauf (
40 ) eine elektrische Pumpe (13 ) angeordnet ist. - Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Pumpe (
13 ) stromaufwärts der Kühlkomponente (11 ) angeordnet ist. - Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Pumpe (
13 ) stromabwärts der Kühlkomponente (11 ) angeordnet ist. - Kühlsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Pumpe (
13 ) in der Rückleitung (37 ) stromaufwärts des Ventils (14 ) angeordnet ist. - Kühlsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit (
23 ) zur Überwachung und/oder Steuerung einer Fördermenge eines Kühlmittelvolumenstroms der elektrischen Pumpe (13 ) abhängig von einer Menge eines in der Kühlkomponente (11 ) zu kühlenden Mediums vorgesehen ist. - Kühlsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abzweig (
35 ,36 ) des Rücklaufs (34 ) des zweiten Kühlkreislaufs (40 ) vorgesehen ist, der Kühlmittel in den Kühlmittelzulauf (30 ) des Motorkühlkreislaufs (39 ) zwischen Motorkühler (10 ) und Motor (18 ) einführt. - Kühlsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kopplung des Abzweigs (
35 ,36 ) an die Kühlmittelzuleitung (30 ) ein Thermostatventil (16 ) vorgesehen ist. - Kühlsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abzweig (
35 ) ein Ventil (12 ) vorgesehen ist, das öffnet, wenn das Ventil (14 ) in der Rückleitung (37 ) schließt. - Kühlsystem nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Abzweig (
35 ) stromabwärts des Ventils (12 ) ein Rückschlagventil (15 ) vorgesehen ist. - Kühlsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motorkühler (
10 ) und der Kühlkomponente (11 ) im zweiten Kühlkreislauf (40 ) ein zusätzlicher Kühler vorgesehen ist. - Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystem für ein Fahrzeug mit einem Motor (
18 ), einem Motorkühler (10 ) und einem Motorkühlkreislauf (39 ), wobei ein zweiter Kühlkreislauf (40 ) mit mindestens einer Kühlkomponente (11 ) an den Motorkühler (10 ) angekoppelt wird und mit einer Abzweigleitung (28 ) von einer Kühlmittelzuleitung (29 ) des Motorkühlkreislaufs (39 ) und mit einer Rückleitung (34 ,37 ,38 ) von der Kühlkomponente (11 ) mit einem Kühlmittelrücklauf (31 ) des Motorkühlkreislaufs (39 ) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkreislauf (40 ) abhängig von Betriebsbedingungen des Motors (10 ) aus gangsseitig wahlweise an den Kühlmittelrücklauf (31 ) oder an eine Kühlmittelzuleitung (30 ) gekoppelt wird. - Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittelvolumenstrom im zweiten Kühlkreislauf (
40 ) abhängig von einer vorgegebenen Menge eines in der Kühlkomponente (11 ) zu kühlenden Mediums eingestellt wird.
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