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Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für eine Windkraftanlage, umfassend ein Getriebegehäuse, das zur Schmierung und Kühlung von darin angeordneten Getriebebauteilen zumindest teilweise mit einem Getriebeöl gefüllt ist, sowie eine Pumpe zum Fördern zumindest des Getriebeöls durch ein Leitungssystem in oder aus dem Getriebegehäuse. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Durchführung eines Ölwechsels für eine solche Getriebeanordnung.
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Ölwechsel bei Getriebeanordnungen von Windkraftanlagen werden in der Regel basierend auf dem Zustand des Öles, der aus Laboranalysen von Ölproben ermittelt wurde, durchgeführt. Es existieren auch feste Ölwechselintervalle beispielsweise nach Ablauf einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden. Der Ölwechsel bei einer Getriebeanordnung einer Windkraftanlage ist aufwändig. Denn das Öl muss vom Turm der Windkraftanlage abgelassen werden. Gegebenfalls muss Spülöl auf den Turm der Windkraftanlage gepumpt werden und anschließend wieder abgelassen werden. Schließlich muss das neue Öl wieder auf den Turm in das Getriebe gepumpt werden. Dieser Aufwand fällt für jeden Ölwechsel an. Bei Windkraftanlagen im Offshorebetrieb sind der Aufwand und die Kosten eines Ölwechsels noch höher.
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Beispielsweise geht aus der
DE 10 2011 011 116 A1 ein Verfahren zum Ölwechsel in Getrieben und anderen Einrichtungen einer Windenergieanlage hervor. Dabei werden in einer Transporteinheit angeordnete Tanks für Altöl und Frischöl über Schläuche nacheinander mit der jeweiligen Einrichtung der Windenergieanlage verbunden, das Altöl abgezogen und danach Frischöl zugeführt. Die Transporteinheit trägt mindestens einen autarken Behälter, in dem eine Ölauffangwanne und/oder ein Altöltank, mindestens ein Frischöltank, eine Altölpumpe, eine Frischölpumpe, Schläuche, eine eigene Energieversorgung oder Energieleitungen für den Anschluss an die Energieversorgung der Windenergieanlage, sowie eine Steuereinheit angeordnet sind. Der autarke Behälter wird von der Transporteinheit an den Hilfskran der Windenergieanlage übergeben, wobei das Gewicht des autarken Behälters auf die Tragfähigkeit des Hilfskranes abgestimmt ist. Der autarke Behälter wird unter die Gondel der Windenergieanlage gehoben und gegen Absturz und Pendelbewegungen gesichert oder der autarke Behälter wird von der Transporteinheit direkt auf eine Plattform auf/an der Gondel abgesetzt. Anschließend werden die Schläuche für Altöl und Frischöl nacheinander mit der jeweiligen Einrichtung der Windenergieanlage verbunden, gegebenenfalls die Energieleitungen an die Windenergieanlage angeschlossen und das Öl wird ausgetauscht. Danach werden die Schlauchverbindungen und der Energieanschluss gelöst und der autarke Behälter wird bei Anwesenheit der Transporteinheit mit dem Hilfskran abgesenkt und dieser übergeben oder direkt von der Windenergieanlage abgehoben.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Getriebeanordnung für eine Windkraftanlage dahingehend zu optimieren, dass ein Ölwechsel der Getriebeanordnung ohne die Anwesenheit von Wartungspersonal automatisiert durchgeführt werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 9. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Getriebeanordnung für eine Windkraftanlage umfasst ein Getriebegehäuse, das zur Schmierung und Kühlung von darin angeordneten Getriebebauteilen zumindest teilweise mit einem Getriebeöl gefüllt ist, sowie mindestens eine Pumpe zum Fördern zumindest des Getriebeöls durch ein Leitungssystem in oder aus dem Getriebegehäuse, wobei mindestens ein Frischöltank, mindestens ein Altöltank sowie mindestens ein Spülöltank in unmittelbarer Nähe des Getriebegehäuses angeordnet und über das Leitungssystem mit dem Getriebegehäuse wirkverbunden sind, wobei ein Ventilblock mit einer Steuerungsvorrichtung zumindest zur Steuerung des Ölflusses zwischen dem Getriebegehäuse und dem jeweiligen Tank angeordnet ist.
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In alternativen Ausführungen kann es sich bei der Getriebeanordnung um sogenannte Trockensumpf-Konzepte handeln. Dies bedeutet, dass in dem Fall das Getriebegehäuse nicht zumindest teilweise mit Öl befüllt ist. Ferner kann der Spülöltankt auch beabstandet von dem Getriebegehäuse angeordnet sein. Anstatt einer Pumpe für das Ablassen des Altöls und das Zuführen des Spülöls können die Tanks auch derart vorgesehen werden, dass das Ablassen und das Zuführen mithilfe der Schwerkraft durchgeführt werden. Hierzu sind insbesondere der Frischöl- und/oder Spülöltank oberhalb des Getriebegehäuses bzw. der Ölzuführung angeordnet, während der Altöltank unterhalb des Getriebegehäuses bzw. unterhalb des Altölauslasses angeordnet ist. Insbesondere kann der Spülöltank optional vorgesehen werden, da beispielsweise auch mit Frischöl das Spülen durchgeführt werden kann.
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Mit anderen Worten sind der mindestens eine Frischöltank, der mindestens eine Altöltank und der mindestens eine Spülöltank zumindest geringfügig beabstandet vom Getriebegehäuse angeordnet und ermöglichen über das Leitungssystem und den Ventilblock mit Steuerungsvorrichtung einen automatisierten Ölwechsel im Getriebegehäuse ohne die Anwesenheit oder das Zutun von Wartungspersonal. Insbesondere sind die Tanks derart in unmittelbarer Nähe des Getriebegehäuses angebracht, dass sie auf automatisierte Weise ausgetauscht beziehungsweise zum Transport bereitgestellt werden können. Insbesondere der Altöltank kann auch am Fuß des Turms vorgesehen werden, dadurch wird beispielsweise das Gewicht der Gondel reduziert.
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Unter dem Begriff wirkverbunden ist zu verstehen, dass zwischen zwei miteinander zu verbindenden Elementen weitere Elemente angeordnet sein können. Beispielsweise kann das Leitungssystem direkt, also unmittelbar mit dem jeweiligen Tank und dem Getriebegehäuse verbunden sein oder zumindest mittelbar, insbesondere über weitere Ventile.
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Unter dem Begriff Leitungssystem sind eine Vielzahl von Leitungen beziehungsweise Schläuche zu verstehen, die dazu vorgesehen sind, Öl zu führen. Die Vielzahl von Leitungen beziehungsweise Schläuchen bildet somit ein Leitungssystem durch welches je nach Schaltstellung des Ventilblocks sowohl Altöl, als auch Frischöl und Spülöl fließen kann.
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Der Altöltank ist dazu vorgesehen, das verbrauchte Altöl sowie das Spülöl aus dem Getriebegehäuse aufzunehmen. Der Spülöltank ist dazu vorgesehen, Spülöl für mindestens eine Spülung des Getriebegehäuses und des Leitungssystems bereitzustellen. Ferner ist der Frischöltank dazu vorgesehen, Frischöl für das Getriebegehäuse bereitzustellen. Durch die Anordnung der Tanks in unmittelbarer Nähe des Getriebegehäuses und die Steuerung des Ölflusses mittels Ventilblock und Steuereinrichtung ist die Anwesenheit von Wartungspersonal bei einem Ölwechsel nicht notwendig. Die Kosten für den Transport der Öle zur Getriebeanordnung und die Abholung des Altöls können gebündelt und auf mehrere Ölwechsel verteilt werden. Insgesamt ergibt sich somit eine erhebliche Kostensenkung, wobei dieser Faktor mit zunehmender schlechter Zugänglichkeit der Getriebeanordnung wächst. Die Auslösung des Ölwechsels erfolgt vorzugsweise basierend auf den Ergebnissen von zuvor ermittelten Laboranalysen von Ölproben.
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Die Steuerungsvorrichtung steuert die erforderlichen Aktuatoren wie Pumpe, Ventile und Kommunikation zu anderen Steuergeräten wie beispielsweise der Anlagensteuerung zur Sicherstellung, dass das Getriebe während eines Ölwechsels nicht betrieben beziehungsweise angesteuert wird.
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Vorzugsweise ist mindestens ein Sensor zur Ermittlung einer Qualität des Getriebeöls im Getriebegehäuse angeordnet, wobei der mindestens eine Sensor zur Datenübertragung mit der Steuerungsvorrichtung wirkverbunden ist. Insbesondere ist der mindestens eine Sensor auch zur Ermittlung einer Füllstandshöhe des Getriebeöls vorgesehen. Die Auslösung des Ölwechsels wird somit umstandsabhängig beziehungsweise zustandsbasierend durchgeführt. Bevorzugt können weitere Sensoren im Leitungssystem, im Ventilblock und/oder in den jeweiligen Tanks angeordnet sein, die mit der Steuerungsvorrichtung wirkverbunden sind.
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Bevorzugt sind im Leitungssystem zumindest ein erster und optional ein zweiter Filter angeordnet, wobei der Ventilblock mit der Steuerungsvorrichtung zur Steuerung des Ölflusses durch den jeweiligen Filter vorgesehen ist. Die jeweiligen Filter können in unterschiedlichen Leitungsabschnitten des Leitungssystems angeordnet sein und können über den Ventilblock unabhängig voneinander angesteuert werden. Insbesondere durch das Vorsehen eines Filters bei der Frischölzuführung können schädigende Partikel extrahiert werden, bevor sie in das Getriebegehäuse gelangen. Mit dem Altöl sollen gerade Partikel, beispielsweise aufgrund von Abrieb in dem Getriebe, aus dem Gehäuse entfernt werden. Somit ist das Filtern des Altöls nicht zwingend erforderlich. Jedoch kann es zur Durchführung von Verschleißuntersuchungen vorteilhaft sein, eine Partikelbelastung auch des Altöls zu untersuchen. Besonders vorteilhaft werden die Filter automatisiert, beispielsweise mithilfe eines Filtermagazins, ausgewechselt.
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Ferner bevorzugt sind der mindestens eine Frischöltank und/oder der mindestens eine Spülöltank beheizbar ausgebildet. Durch das Erhitzen des Öls bleibt dieses insbesondere bei niedrigen Temperaturen fließfähig, was das Zuführen bzw. Ablassen des Öls erleichters. Zur Beheizung des jeweiligen Tanks wird vorzugsweise die Abwärme der Getriebeanordnung und/oder anderer in unmittelbarer Nähe angeordneter Vorrichtungen verwendet. Es können jedoch auch aktive Heizelemente vorgesehen werden. Insbesondere erfolgt das Aufheizen des Öls in den Tanks nur im Rahmen eines Ölwechsels bzw. kurz vor dessen Durchführung. Ein permanentes Heizen ist nicht erforderlich.
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Des Weiteren bevorzugt sind der mindestens eine Frischöltank und/oder der mindestens eine Spülöltank höher angeordnet als das Getriebegehäuse, um einen Ölfluss aus dem mindestens einen Frischöltank und/oder aus dem mindestens einen Spülöltank in das Getriebegehäuse zu unterstützen. Mit anderen Worten wird der Ölfluss aus dem mindestens einen Frischöltank und/oder aus dem mindestens einen Spülöltank in das Getriebegehäuse von der Schwerkraft unterstützt und bedarf somit keiner aktiven Förderung durch die Pumpe.
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Vorzugsweise ist der mindestens eine Altöltank niedriger angeordnet als das Getriebegehäuse, um einen Ölfluss aus dem Getriebegehäuse in den mindestens einen Altöltank zu unterstützen. Mithin wird der Ölfluss aus dem Getriebegehäuse in den mindestens einen Altöltank von der Schwerkraft unterstützt und bedarf somit keiner aktiven Förderung durch die Pumpe.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der mindestens eine Frischöltank, der mindestens eine Altöltank und/oder der mindestens eine Spülöltank dazu vorgesehen sind, in oder an einer Gondel der Windkraftanlage angeordnet zu sein. Mithin sind der mindestens eine Frischöltank, der mindestens eine Altöltank und/oder der mindestens eine Spülöltank in unmittelbarer Nähe des Getriebegehäuses fest angeordnet. Die Tanks können mittels dazu vorgesehener Helikopter, Fahrzeuge und/oder Kräne entnommen beziehungsweise ausgetauscht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Additivtank in unmittelbarer Nähe des Getriebegehäuses angeordnet und über das Leitungssystem mit dem Getriebegehäuse wirkverbunden, wobei der Ventilblock mit der Steuerungsvorrichtung zur Steuerung eines Additivflusses zwischen dem Getriebegehäuse und dem mindestens einen Additivtank vorgesehen ist. Mithin werden bei einer Standzeitverlängerung des Getriebeöls Additive über das Leitungssystem aus dem mindestens einen Additivtank in das Getriebegehäuse gefördert. Durch die Zugabe frischer Additive in das verbrauchte Getriebeöl wird die Standzeit des Getriebeöls verlängert und somit das Ölwechselintervall entsprechend verlängert.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführung eines Ölwechsels für die erfindungsgemäße Getriebeanordnung wird zunächst Getriebeöl über das Leitungssystem aus dem Getriebegehäuse in den Altöltank gefördert und danach Spülöl über das Leitungssystem aus dem Spülöltank in das Getriebegehäuse gefördert wird. Die Durchführung des Spülvorgangs kann in vorteilhafter Weise im Betrieb des Getriebes erfolgen, also bei drehenden Zahnrädern. Um Schädigungen zu vermeiden, erfolgt dies vorteilhaft nicht unter Volllast. Anschließend wird das Spülöl abgelassen und Getriebeöl über das Leitungssystem aus dem Frischöltank in das Getriebegehäuse gefördert.
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Vorzugsweise erfolgt die Verwendung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung in einer Windkraftanlage. Jedoch ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung nicht auf Windkraftanlagen beschränkt. Vielmehr ist die Verwendung der Getriebeanordnung auch in andere technische Anlagen denkbar.
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Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der vier Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2a eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel während einer Ölförderung aus einem Getriebegehäuse in einen Altöltank,
- 2b eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel während einer Ölförderung aus einem Spülöltank in das Getriebegehäuse, und
- 2c eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel während einer Ölförderung aus einem Frischöltank in das Getriebegehäuse.
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Gemäß 1 umfasst eine Getriebeanordnung für eine - hier nicht dargestellte - Windkraftanlage ein Getriebegehäuse 1, das zur Schmierung und Kühlung von darin angeordneten - jedoch nicht näher dargestellten - Getriebebauteilen teilweise mit einem Getriebeöl gefüllt ist. Aus dem Getriebegehäuse 1 ragen eine erste und eine zweite Welle 15a, 15b heraus, wobei die erste Welle 15a dazu vorgesehen ist, mit einer - hier nicht dargestellten - Rotorwelle der Windkraftanlage verbunden zu werden, und wobei die zweite Welle 15b dazu vorgesehen ist, mit einer - hier nicht dargestellten - Generatorwelle der Windkraftanlage verbunden zu werden. Ferner umfasst die Getriebeanordnung eine Pumpe 3 zum Fördern des Getriebeöls durch ein Leitungssystem 4 in das Getriebegehäuse 1 hinein und aus dem Getriebegehäuse 1 heraus. Mithin realisiert die Pumpe 3 zumindest einen Ölkreislauf.
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Des Weiteren umfasst die Getriebeanordnung einen Frischöltank 5, einen Altöltank 6, einen Spülöltank 7 sowie einen ersten und zweiten Additivtank 12a, 12b, die in unmittelbarer Nähe des Getriebegehäuses 1 in einer - hier nicht dargestellten - Gondel angeordnet und über das Leitungssystem 4 mit dem Getriebegehäuse 1 wirkverbunden sind. Ein Ventilblock 8 mit einer Steuerungsvorrichtung 9 ist zur Steuerung des Ölflusses zwischen dem Getriebegehäuse 1 und dem jeweiligen Tank 5, 6, 7, 12a, 12b angeordnet. Die Steuerungsvorrichtung 9 ist vorliegend über eine elektrische Leitung 16 mit dem Ventilblock 8 verbunden. Ferner ist die Pumpe 3 vorliegend in dem Ventilblock 8 integriert und mit dem Leitungssystem 4 verbunden. Die Integration der Pumpe 3 in den Ventilblock 8 ist jedoch nicht obligatorisch, sie kann auch daran angebracht oder beabstandet dazu angeordnet sein.
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Das Leitungssystem 4 umfasst eine erste Leitung 13a, die einen Ölsumpf 2 im Getriebegehäuse 1 mit dem Ventilblock 8 verbindet, eine zweite Leitung 13b, die den Spülöltank 7 mit dem Ventilblock 8 verbindet, eine dritte Leitung 13c, die den Frischöltank 5 mit dem Ventilblock 8 verbindet, eine vierte Leitung 13d, die den Altöltank 6 mit dem Ventilblock 8 verbindet, eine fünfte Leitung 13e, die den ersten Additivtank 12a mit dem Ventilblock 8 verbindet, eine sechste Leitung 13f, die den zweiten Additivtank 12b mit dem Ventilblock 8 verbindet, eine siebte Leitung 13g, die den Ventilblock 8 mit einem weiteren Ventilblock 14 im Getriebegehäuse 1 verbindet, und eine achte Leitung 13h, die den Ventilblock 8 mit dem Ventilblock 14 im Getriebegehäuse 1 verbindet. Der Ventilblock 14 im Getriebegehäuse 1 ist dazu vorgesehen, das Getriebeöl an dafür vorgesehen Stellen im Getriebegehäuse 1 zu verteilen. Im Leitungssystem 4 sind ein erster und ein zweiter Filter 11a, 11b angeordnet, wobei der erste Filter 11a in der siebten Leitung 13g angeordnet ist, und wobei der zweite Filter 11b in der achten Leitung 13h angeordnet ist. Der Ventilblock 8 wird von der Steuerungsvorrichtung 9 betätigt, um den Ölfluss durch den jeweiligen Filter 11a, 11b zu steuern. Ein erster und ein zweiter Sensor 10a, 10b sind zur Ermittlung einer Qualität und eines Ölstandes des Getriebeöls im Getriebegehäuse 1 angeordnet. Die Qualität kann insbesondere anhand verschiedener Parameter, beispielsweise Temperatur, Viskosität, Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante, IR-Spektrum, Partikelgehalt, etc., bestimmt werden. Die beiden Sensoren 10a, 10b sind zur Datenübertragung über Funk mit der Steuerungsvorrichtung 9 verbunden, alternativ ist auch eine kabelgebundene Datenübertragung denkbar. Die Steuerungsvorrichtung 9 steuert in Abhängigkeit der von den Sensoren 10a, 10b übermittelten Daten sowie weiteren Betriebsparametern der Windkraftanlage den Ventilblock 8 und somit den Ölfluss zwischen dem Getriebegehäuse 1 und dem jeweiligen Tank 5, 6, 7, 12a, 12b.
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Gemäß 2a, 2b und 2c ist eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei sich die zweite Ausführungsform der Getriebeanordnung von der ersten Ausführungsform der Getriebeanordnung lediglich darin unterscheidet, dass der erste und zweite Additivtank 12a, 12b und somit auch die fünfte und sechste Leitung 13e, 13f in der zweiten Ausführungsform entfallen. Somit wird an dieser Stelle auf die Ausführungen zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 Bezug genommen, um eine Wiederholung zu vermeiden.
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Gemäß 2a wird im Rahmen des Verfahrens zur Durchführung eines Ölwechsels zunächst Getriebeöl 2 über das Leitungssystem 4 aus dem Getriebegehäuse 1 in den Altöltank 6 gefördert. Dazu verbindet der Ventilblock 8 die erste Leitung 13a über die Pumpe 3 mit der vierten Leitung 13d, die in den Altöltank 6 mündet. Der Ölfluss erfolgt entlang eines ersten und zweiten Pfeils 17a, 17b.
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Gemäß 2b wird im Rahmen des Verfahrens zur Durchführung des Ölwechsels Spülöl über das Leitungssystem 4 aus dem Spülöltank 7 in das Getriebegehäuse 1 gefördert. Dazu verbindet der Ventilblock 8 die erste Leitung 13a mit der vierten Leitung 13d, die in den Altöltank 6 mündet. Der Ölfluss erfolgt entlang eines ersten und zweiten Pfeils 17a, 17b. Ferner verbindet der Ventilblock 8 die zweite Leitung 13b über die Pumpe 3 mit der achten Leitung 13h, die in den Ventilblock 14 im Getriebegehäuse 1 mündet. Der Ölfluss erfolgt entlang eines dritten, vierten und fünften Pfeils 17c, 17d, 17e.
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Gemäß 2c wird im Rahmen des Verfahrens zur Durchführung des Ölwechsels abschließend Getriebeöl 2 über das Leitungssystem 4 aus dem Frischöltank 5 in das Getriebegehäuse 1 gefördert. Dazu verbindet der Ventilblock 8 die dritte Leitung 13c über die Pumpe 3 mit der achten Leitung 13h, die in den Ventilblock 14 im Getriebegehäuse 1 mündet. Der Ölfluss erfolgt entlang eines ersten, zweiten und dritten Pfeils 17a, 17b, 17c.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebegehäuse
- 2
- Ölsumpf
- 3
- Pumpe
- 4
- Leitungssystem
- 5
- Frischöltank
- 6
- Altöltank
- 7
- Spülöltank
- 8
- Ventilblock
- 9
- Steuerungsvorrichtung
- 10a
- erster Sensor
- 10b
- zweiter Sensor
- 11a
- erster Filter
- 11b
- zweiter Filter
- 12a
- erster Additivtank
- 12b
- zweiter Additivtank
- 13a
- erste Leitung
- 13b
- zweite Leitung
- 13c
- dritte Leitung
- 13d
- vierte Leitung
- 13e
- fünfte Leitung
- 13f
- sechste Leitung
- 13g
- siebte Leitung
- 13h
- achte Leitung
- 14
- Ventilblock im Getriebegehäuse
- 15a
- erste Welle
- 15b
- zweite Welle
- 16
- elektrische Leitung
- 17a
- erster Pfeil
- 17b
- zweiter Pfeil
- 17c
- dritter Pfeil
- 17d
- vierte Pfeil
- 17e
- fünfter Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011011116 A1 [0003]
