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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie eine Klimatisierungsvorrichtung zur Klimatisierung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kältemittelkreislauf, einem elektrischen Kältemittelkompressor, einem Wärmeübertrager und einer Steuerungseinheit.
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Entsprechende Verfahren und Klimatisierungsvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Die Steuerung der Klimatisierungsvorrichtung kann dabei entweder durch den Benutzer geschehen, indem dieser Parameter wie die Solltemperatur für den Innenraum, die Lüftergeschwindigkeit und die Verteilung der temperierten Luft auf verschiedene Auslassdüsen vorgibt oder zwischen einem Umluftbetrieb und einem Frischluftbetrieb auswählt. Weiterhin sind Automatikprogramme bekannt, bei denen der Benutzer lediglich eine Solltemperatur vorgibt und die Klimaautomatik in Form einer Steuerungseinheit die weiteren Parameter automatisch einstellt.
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Aus der
JP 2013166468A2 ist es bekannt, einen „Eco-Modus“ vorzusehen, bei dessen Aktivierung über einen dafür vorgesehenen Schalter einige der vom Benutzer vorgegebenen Parameter von der Klimaautomatik überschrieben werden, um einen spritsparenden Betriebszustand zu erreichen. So werden beispielsweise die Lüftergeschwindigkeit und/oder die Ausblastemperaturen reduziert, es wird beurteilt, mit welcher Ansaugöffnung eine energieeffiziente Klimatisierung des Fahrzeugs möglich ist, und es werden Auslassöffnungen derart angesteuert, dass nach Möglichkeit kein Scheibenbeschlag auftritt. Mit anderen Worten werden also Vorgaben des Benutzers, die zu einem erhöhten Spritverbrauch durch die Klimatisierungsvorrichtung führen können, zumindest teilweise überschrieben, um dem Benutzer dauerhaft einen zu dem von ihm gewünschten Einstellungen möglichst ähnlichen Komfort zu bieten und gleichzeitig den Energieverbrauch der Klimatisierungsvorrichtung möglichst gering zu halten. Dauerhaft ist der Eco-Modus aber mit einer zumindest geringfügigen Komforteinbuße für den Benutzer verbunden.
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In einem umgekehrten Ansatz ist es ebenfalls bekannt, dem Benutzer einen Schalter zum Einstellen eines „Hi“-Modus oder eines „Lo“-Modus zur Verfügung zu stellen, mit dem jeweils die Klimaautomatik außer Kraft gesetzt wird und alle verfügbaren Komponenten in einen Modus maximaler Leistung zum Aufheizen bzw. Abkühlen des Fahrzeuginnenraums versetzt werden.
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Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass sie jeweils lediglich einen statischen Zustand betrachten und nicht dynamisch auf die aktuellen Wünsche des Benutzers sowie auf die aktuellen Verhältnisse im Fahrzeuginnenraum reagieren können. So wird beispielsweise nicht berücksichtigt, wie groß die Temperaturdifferenz zwischen der gewünschten Solltemperatur und der aktuellen Ist-Temperatur ist, sowie, ob der Benutzer eine schnelle Temperierung auf die Solltemperatur, oder ein möglichst energieeffizientes Erreichen der Solltemperatur wünscht, um eine hohe Reichweite des Fahrzeugs zu ermöglichen. Die bekannten „Hi“-oder „Lo“-Modi erfordern ein vollständiges Überschreiben der Klimaautomatik und müssen durch den Benutzer beendet werden, was häufig erst erfolgt, wenn die eigentliche Solltemperatur bereits überschritten wurde. Der bekannte „Eco“-Modus hingegen ist auf ein dauerhaftes Einsparen von Kraftstoff ausgelegt und nimmt dabei dauerhafte Komforteinbußen des Benutzers in Kauf.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern einer Klimatisierungsvorrichtung sowie eine Klimatisierungsvorrichtung anzugeben, die eine den Anforderungen des Benutzers entsprechende automatische Temperierung des Fahrzeuginnenraums vornimmt und dabei dem Benutzer einen hohen Komfort bei situativ gleichzeitiger hoher Energieeffizienz ermöglicht.
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Die Erfindung löst die Aufgabe mittels eines gattungsgemäßen Verfahrens mit den Schritten
- a. Abfragen einer Solltemperatur für einen Fahrzeuginnenraum,
- b. Abfragen eines Prioritätswertes einer Klimatisierungsgeschwindigkeit gegenüber einer Klimatisierungsenergieeffizienz,
- c. Auswählen eines Betriebsmodus für die Klimatisierungsvorrichtung basierend auf dem abgefragten Prioritätswert, und
- d. Steuern von Komponenten der Klimatisierungsvorrichtung entsprechend des ausgewählten Betriebsmodus,
sowie durch eine gattungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung, deren Steuerungseinheit eingerichtet ist, um die Klimatisierungsvorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu betreiben.
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Die Erfinder haben dabei erkannt, dass insbesondere in neuartigen Fahrzeugen mit elektrifiziertem Antriebsstrang, in denen oft Wärmepumpen zur Klimatisierung zum Einsatz kommen, ein erhöhtes Potenzial zur flexiblen Anpassung an die Bedürfnisse des Nutzers vorhanden ist. Da im Heizungsfall die Wärme zum Aufheizen des Innenraums nicht aus einem Verbrennungsmotor bezogen wird, welcher zunächst erst seine Betriebstemperatur erreichen muss, bevor er signifikante Wärmemengen zur Verfügung stellen kann, und da auch im Kühlfall durch den vom Motor unabhängigen elektrischen Klimakompressor sehr schnell eine hohe Kälteleistung zur Verfügung gestellt werden kann, ist es möglich, sehr hohe Klimatisierungsgeschwindigkeiten zu erreichen. Mit anderen Worten ist es möglich, den Fahrzeuginnenraum in einer kurzen Zeitspanne ab dem Fahrtbeginn auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Dies kann insbesondere bei Kurzstrecken ein deutlicher Komfortgewinn für den Benutzer sein, da bei herkömmlichen Fahrzeugen unter Umständen die Fahrt bereits beendet wäre, bis die benötigte Wärme-oder Kälteleistung überhaupt verfügbar wäre.
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Gleichzeitig sind derzeit Fahrzeuge mit elektrifiziertem Antriebsstrang bedingt durch die Akkukapazitäten in ihrer Reichweite limitiert, so dass jede Energie verbrauchende Komponente eines solchen Fahrzeugs auch hinsichtlich ihrer jeweiligen Effizienz betrachtet werden sollte. Ein besonders schnelles Temperieren des Fahrzeuginnenraums ist dabei regelmäßig weniger effizient als ein langsameres Temperieren des Fahrzeuginnenraums. Es ergibt sich somit ein Zielkonflikt zwischen einem schnellen Bereitstellen einer Umgebung, in der sich der Benutzer wohl fühlt, und eine Erhöhung der Reichweite. Erfindungsgemäß sind nun verschiedene Betriebsmodi für die Klimatisierungsvorrichtung vorgesehen, die für eine unterschiedliche Priorisierung der Klimatisierungsgeschwindigkeit ausgelegt sind. Mit anderen Worten kann die Klimatisierungsvorrichtung in zumindest einem Betriebsmodus, der auf ein möglichst schnelles Erreichen der Zieltemperatur ausgelegt ist, und in zumindest einem Betriebsmodus, der auf eine möglichst hohe Reichweite ausgelegt ist, betrieben werden.
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Unter einer Klimatisierungsgeschwindigkeit wird hierbei insbesondere ein Wert verstanden, der angibt, wie lange es dauert, bis die gewünschte Innenraumtemperatur erreicht ist. Da diese Zeit natürlich auch von der Differenz zwischen Starttemperatur und Zieltemperatur abhängt, kann, wenn man einen Zahlenwert für die Klimatisierungsgeschwindigkeit angeben möchte, beispielsweise in K/min angegeben werden. Alternativ kann der Begriff jeweils relativ verwendet werden, so dass eine Klimatisierung mit einer höheren Klimatisierungsgeschwindigkeit bei gleicher Differenz zwischen Starttemperatur und Zieltemperatur weniger Zeit beansprucht, als eine Klimatisierung mit einer niedrigeren Klimatisierungsgeschwindigkeit.
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Unter einer Klimatisierungseffizienz wird insbesondere ein Wert verstanden, der angibt, wieviel Energie zum Erreichen und/oder Aufrechterhalten der Zieltemperatur benötigt wird. Eine hohe Klimatisierungseffizienz bedeutet entsprechend, dass die Zieltemperatur mit relativ geringem energetischen Aufwand erreicht wird.
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Bei allen diesen Betriebsmodi handelt es sich um Automatikmodi, bei denen die Einstellungen zur Steuerung der einzelnen Komponenten der Klimatisierungsvorrichtung dynamisch an sich verändernde Bedingungen im Fahrzeuginnenraum und gegebenenfalls in der Fahrzeugumgebung angepasst werden. Selbstverständlich können eine Vielzahl solcher Betriebsmodi zur Auswahl bereit stehen und unterschiedlichen Prioritätswerten für die Klimatisierungsgeschwindigkeit zugeordnet werden. Die Anzahl der Betriebsmodi kann zum Beispiel zumindest 3, zumindest 5, zumindest 10 oder zumindest 20 betragen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in Schritt b. der Prioritätswert anhand einer Benutzereingabe ermittelt wird. Der Benutzer kann dann also vorgeben, ob ihm gerade ein schnelles Erreichen der Solltemperatur bzw. der Zieltemperatur oder ein besonders energieeffizientes Temperieren des Innenraums und somit eine hohe Reichweite des Fahrzeugs wichtig ist. Die Eingabe des Prioritätswerts kann dabei beispielsweise über einen mechanischen Schieberegler oder Drehregler oder aber bevorzugt über ein berührungsempfindliches Element, beispielsweise einen Touchscreen, erfolgen. Dabei kann auf dem Touchscreen beispielsweise ein Schieberegler dargestellt werden. Andere Eingabeelemente, wie beispielsweise ein Up-/Down-Taster oder die Möglichkeit einer Spracheingabe sind ebenfalls möglich.
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Die Benutzereingabe kann über ein stufenloses Eingabemittel erfolgen. Für den Fall, dass die Eingabe über ein berührungsempfindliches Element bzw. einen Touchscreen und somit zwangsläufig digitalisiert erfolgt, kann unter einem stufenlosen Eingabemittel insbesondere ein Eingabemittel verstanden werden, bei dem die einzelnen Abstufungen für den Benutzer nicht zu erkennen sind. Beispielsweise kann anhand des Eingabemittels ein Prioritätswert mit einem Wert zwischen 0 und 255 ermittelt und zur Steuerung der Klimatisierungsvorrichtung verwendet werden.
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In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in Schritt b. der Prioritätswert anhand einer Prognose der Fahrtdauer ermittelt werden. Die Prognose der Fahrtdauer kann beispielsweise auf von dem Benutzer in ein Navigationsgerät eingegebenen Daten bezüglich des Streckenverlaufs und insbesondere der Länge der Fahrtstrecke beruhen. Ebenfalls ist es möglich, zum Beispiel anhand von intelligenten Algorithmen oftmals wiederkehrende Fahrtstrecken bzw. Fahrtdauer vorauszusagen. So kann beispielsweise bei Berufspendlern anhand der Uhrzeit erkannt werden, dass voraussichtlich der bekannte Weg zur Arbeit oder von der Arbeit nach Hause gefahren wird. Es ist dann keinerlei Interaktion des Benutzers mit dem System mehr notwendig, und gleichzeitig werden die mutmaßlichen Wünsche oder Bedürfnisse des Benutzers automatisch umgesetzt.
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Es ist möglich, dass der Benutzer zwischen den Modus, in dem er selbst den Prioritätswert eingibt, und dem Automatikmodus, in dem das System selbsttätig wie oben beschrieben den Prioritätswert für die Klimatisierungsgeschwindigkeit ermittelt, umschaltet. Dies kann beispielsweise über einen Schalter, einen Softkey in einer Benutzeroberfläche oder über einen Sprachbefehl erfolgen.
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Die verschiedenen Betriebsmodi können insbesondere durch unterschiedliche Klimatisierungskurven gekennzeichnet sein. Mit anderen Worten kann also vorgesehen sein, dass abhängig von dem in Schritt b. ermittelten Prioritätswert eine von mehreren in einem Speicher vorhandenen Klimatisierungskurven zur Steuerung der Klimatisierungsvorrichtung ausgewählt werden. Die Klimatisierungskurven umfassen dabei Datensätze für bestimmte Betriebsparameter, die zur Steuerung der einzelnen Komponenten der Klimatisierungsvorrichtung verwendet werden. Beispielsweise kann ein Datensatz, der einer aktuellen Innenraumtemperatur bzw. einer aktuellen Differenz zwischen der Innenraumtemperatur und einer Solltemperatur einen Parametersatz zur Steuerung der Komponenten der Klimatisierungsvorrichtung zuordnet, abgespeichert sein. Insbesondere können Parameter wie die Ausblastemperatur, die Lüftergeschwindigkeit und somit der Luftmassenstrom, die anzusteuernde Auslassdüse oder der Kompressordruck in dem Datensatz codiert sein. Weiterhin kann festgelegt sein, dass die jeweiligen Parameter für vorgegebene Zeiträume eingestellt werden.
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Die weiter oben genannten Parameter zur Regulierung der Klimatisierungsvorrichtung, insbesondere also die Ausblastemperatur, die Lüftergeschwindigkeit, die Wahl der verwendeten Auslassdüsen und der Kompressordruck können einzeln oder in Kombination zur Beeinflussung der Klimatisierungsgeschwindigkeit herangezogen werden. Hierbei kann für eine hohe Klimatisierungsgeschwindigkeit der Kompressordruck des elektrischen Klimakompressors der Klimatisierungsvorrichtung erhöht werden. Gleichzeitig kann durch eine geeignete Ansteuerung der Heizglieder die Leistung dieser Heizglieder erhöht werden. Durch schnellere Bereitstellung der Heiz- bzw. Kühlenergie werden die entsprechenden weiteren Parameter automatisch angepasst, sodass immer der ideale Komfort im Fahrzeug herrscht. Für eine Steigerung der Klimatisierungseffizienz gilt entsprechend jeweils das Gegenteil von dem zuvor bzgl. einer Steigerung der Klimatisierungsgeschwindigkeit gesagten.
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Wenn ein hoher Prioritätswert für die Klimatisierungsgeschwindigkeit eingegeben oder ermittelt wird und eine Aufheizung des Fahrzeuginnenraums gewünscht wird, kann eine Zusatzheizung aktiviert werden. Die Definition eines hohen Prioritätswert kann dabei vom konkreten Ausführungsbeispiel abhängen. Beispielsweise kann der maximale Prioritätswert als ein hoher Prioritätswert werden, ebenso können Prioritätswerte mit einem Wert von über 50 % oder über 75 % des maximalen Prioritätswerts als hoher Prioritätswert angesehen werden. Mittels einer solchen Zusatzheizung kann dann ein besonders schnelles Aufheizen des Innenraums ermöglicht werden. Die Zusatzheizung kann dabei eine elektrische Zusatzheizung in Form eines Heizwiderstands, beispielsweise eines sogenannten PTC-Widerstands (englisch „positive temperature coefficient“), sein. Ebenfalls ist es möglich, dass die angesprochene Zusatzheizung eine Flächenheizung, beispielsweise in Form einer Sitzheizung, einer Armlehnenheizung und/oder einer Lenkradheizung ist. Eine solche Flächenheizung hat den Vorteil, dass dem Benutzer unmittelbar ein Wärmegefühl vermittelt wird, so dass die wahrgenommene Gesamttemperatur die aktuelle Innenraumtemperatur übersteigt. Es werden also Bereiche, mit denen der Benutzer direkten Körperkontakt hat, als erstes und möglichst schnell erwärmt, so das der Benutzer schneller ein für ihn angenehmes Innenraumklima wahrnimmt, als wenn zunächst die gesamte Innenraumluft temperiert werden müsste.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Benutzer ein optisches und/oder akustisches Feedback auf seine Prioritätseingabe bezüglich einer daraus resultierenden Effizienz der Klimatisierungsvorrichtung und/oder einer Reichweite des Fahrzeugs erhält. In der Praxis kann also beispielsweise über ein berührungsempfindliches Element eine Eingabe des Prioritätswerts für die Klimatisierungsgeschwindigkeit durch den Benutzer erfolgen. Gleichzeitig kann in Echtzeit dabei beispielsweise über eine Farbkodierung dem Benutzer ein Eindruck der Konsequenzen seiner Auswahl auf die Reichweite oder allgemein auf die Energieeffizienz dargestellt werden. Beispielsweise kann sich die Hintergrundfarbe eines Schieberegler auf einem Touchscreen bei einer Veränderung der Position des Schiebereglers durch den Benutzer ändern. Alternativ oder zusätzlich kann dem Benutzer auch die aktuell berechnete Reichweite in Abhängigkeit von seiner Auswahl angezeigt werden. Der Benutzer kann dann direkt entscheiden, ob die für ihn sofort ersichtliche Änderung in der Reichweite akzeptabel ist, oder ob er lieber auf ein besonders schnelles Temperieren des Innenraums verzichtet und so die Reichweite erhöht. Die Reichweite kann dabei als Absolutwert in km angezeigt werden, oder es kann auch eine Reichweitenänderung, die sich aufgrund der Eingabe des Benutzers ergibt, ebenfalls in der Einheit km angezeigt werden. Das System bildet in diesem Fall die Differenz aus der Reichweite vor der Benutzereingabe und nach der Benutzereingabe und zeigt diese dem Benutzer.
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Wenn die Priorität auf einer hohen Reichweite liegt, mit anderen Worten also, wenn der Prioritätswert für die Klimatisierungsgeschwindigkeit niedrig ist, kann die Solltemperatur um einen Offsetbetrag in Richtung einer Außentemperatur modifiziert werden. Mit anderen Worten wird in diesem Fall nicht ausschließlich die Zeitdauer bis zum Erreichen der Solltemperatur beeinflusst, sondern auch die Solltemperatur selbst wird modifiziert, um eine dauerhafte Energieeinsparung zu ermöglichen. Im Heizfall wird entsprechend die Solltemperatur erniedrigt, und im Kühlfall wird die Solltemperatur erhöht. Die Größe des Offsets kann dabei von dem Prioritätswert abhängen. So kann beispielsweise ein Prioritätswert von 50 % des Maximalwerts einem ersten Betrag von z.B. 0,5 °C zugeordnet werden, um den die Solltemperatur dann modifiziert werden, ein Prioritätswert von 25 % des Maximalwerts kann einem zweiten Betrag von z.B. 1,0 °C zugeordnet werden, und einem Prioritätswert von 0 % des Maximalwerts, also den minimalen Prioritätswert für die Klimatisierungsgeschwindigkeit, kann ein dritter Betrag von z.B. 2,0 °C zugeordnet werden, um den dann die Solltemperatur modifiziert wird. Die Zahlenwerte dienen hierbei lediglich als Beispiel zur Verdeutlichung des Prinzips.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1: ein Ausführungsbeispiel eines Benutzerinterfaces zur Eingabe des Prioritätswertes.
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1 zeigt ein Benutzerinterface 2 zur Eingabe des Prioritätswerts für die Klimatisierungsgeschwindigkeit durch den Benutzer in Form eines Schiebe- bzw. Slidereglers. Das Benutzerinterface 2 ist dabei als berührungssensitives Element in einem Display ausgeführt. Durch Berühren des Benutzerinterfaces 2 kann der Benutzer den Prioritätswert einstellen. Der aktuell gewählte Prioritätswert kann dabei durch eine Markierung auf dem Balken 2 dargestellt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Werte, die Markierungspositionen im linken Bereich 4 des Balkens entsprechen, Werte, bei denen die Effizienz des Klimatisierungsvorgangs Priorität hat. Mit anderen Worten hat in diesem Bereich der Prioritätswert für die Klimatisierungsgeschwindigkeit einen niedrigen Wert.
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Im rechten Bereich 6 des Balkens hat die „Time to Comfort“, also die Zeit bis zum Erreichen der Solltemperatur, Priorität. Dies entspricht einem hohen Wert für den Prioritätswert für die Klimatisierungsgeschwindigkeit. Es ist beispielhaft ein Bedienungsvorgang dargestellt, bei dem der Benutzer einen zunächst relativ hoch eingestellten Prioritätswert für die Klimatisierungsgeschwindigkeit zu einem niedrigeren Wert hin verändert. Er berührt dazu das Benutzerinterface 2 mit seinem Finger in der ersten Position 8 und verschiebt dann den Finger hin zu der zweiten Position 10, die einen niedrigeren Prioritätswert entspricht. Grafisch kann der Vorgang dem Benutzer durch das Verschieben einer Markierung mit seinem Finger innerhalb des Benutzerinterfaces 2 dargestellt werden.
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Weiterhin ist durch die verschiedenen Schraffuren innerhalb des Benutzerinterfaces 2 angedeutet, dass hier eine farbliche Kodierung dargestellt ist. So kann zum Beispiel ein Farbverlauf von grün im Bereich 4, der einer Priorisierung der Energieeffizienz entspricht, nach rot im Bereich 6, der einer Priorisierung einer schnellen Klimatisierungsgeschwindigkeit entspricht, dargestellt werden. Der Benutzer kann dann bereits vor seiner Eingabe mit einem Blick abschätzen, welche Konsequenzen für die Effizienz und die Klimatisierungsgeschwindigkeit seine Eingabe haben wird. Alternativ kann sich auch abhängig von der Benutzereingabe der gesamte Balken verfärben, so das dem Benutzer nach seiner Eingabe deutlich gemacht wird, was seine Auswahl für einen Effekt auf die Effizienz und die Klimatisierungsgeschwindigkeit haben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Benutzerinterface
- 4
- erster Bereich
- 6
- zweiter Bereich
- 8
- erste Position
- 10
- zweite Position
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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