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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Zustands eines Getriebekühlers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung zum Überwachen eines Zustands eines Getriebekühlers gemäß Anspruch 7.
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Aus der
EP 0 344 344 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung eines als Wärmetauscher ausgebildeten Ölkühlers bekannt, bei dem mittels Temperatursensoren entweder die Temperatur des Ölstroms oder die Temperatur des Kühlflüssigkeitsstroms auf der Eintrittsseite und auf der Austrittsseite des Ölkühlers gemessen werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung eines Zustands eines Getriebekühlers zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch eine Anordnung gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird ein Verfahren zum Überwachen eines Zustands eines Getriebekühlers vorgeschlagen, wobei der Getriebekühler so ausgebildet ist, dass Wärmeenergie von einem Ölkreislauf auf einen Wasserkreislauf übertragen wird. Der Ölkreislauf und der Wasserkreislauf sind also durch den Getriebekühler geführt. Der Ölkreislauf wird darüber hinaus durch ein Getriebe geleitet, um zumindest einen Teil der in dem Getriebe erzeugten Wärme abzuführen und diese dann in dem Getriebekühler an den Wasserkreislauf abzugeben. Der Wasserkreislauf kann an einen Kühlwasserkreislauf eines Antriebsmotors angeschlossen oder als separater Kühlkreislauf ausgebildet sein. Die Wärmeenergie aus dem Wasserkreislauf kann beispielsweise durch einen Luftkühler an die Umgebungsluft abgeführt werden. Bei einem Getriebekühler eines Wasserfahrzeugs kann das Kühlwasser auch direkt aus dem Gewässer entnommen und nach dem Durchlauf durch den Getriebekühler wieder in das Gewässer geleitet werden. In dem Wasserkreislauf kann jede Art von Kühlflüssigkeit zirkulieren, auch andere Flüssigkeiten und Gemische. Ziel der Erfindung ist es, aus erfassten Messwerten zu jedem Zeitpunkt möglichst aktuelle und zutreffende Aussagen über den Zustand des Getriebekühlers zu erhalten.
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Dazu wird gemäß der Erfindung zunächst eine Wassereintrittstemperatur und eine Wasseraustrittstemperatur erfasst und aus den beiden erfassten Temperaturen wird eine Wassertemperaturdifferenz ermittelt. Im Betrieb des Ölkühlers können mehrere nacheinander ermittelte Wassertemperaturdifferenzen abgespeichert werden, um den Verlauf der Wassertemperaturdifferenz über einen Zeitraum beobachten zu können. So kann gegebenenfalls ein Trend beobachtet und daraus Schlüsse über den Zustand des Getriebekühlers gezogen werden.
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Zusätzlich zur beschriebenen Überwachung der Wassertemperaturen kann vorgesehen werden, dass eine Öleintrittstemperatur und eine Ölaustrittstemperatur erfasst wird, und dass eine Öltemperaturdifferenz aus der Öleintrittstemperatur und aus der Ölaustrittstemperatur ermittelt wird. Je mehr verschiedenartige Messwerte in und an dem Getriebekühler erfasst werden, desto genauere Aussagen können über seinen Zustand gemacht werden. Daher können auch die erfassten Werte der Wassereintrittstemperatur, der Wasseraustrittstemperatur, der Öleintrittstemperatur und/oder der Ölaustrittstemperatur gespeichert und über einen längeren Zeitraum beobachtet werden. Die einzeln erfassten Temperaturwerte können auch als einzelne Werte für weitere Berechnungen, Überwachungen oder Anzeigen verwendet werden. So kann beispielsweise die Öleintrittstemperatur direkt mit einer Grenztemperatur verglichen werden. Beim Überschreiten der Grenztemperatur kann ein Alarm ausgegeben oder weitere Maßnahmen getroffen werden, beispielsweise kann die Leistung eines Antriebsmotors gedrosselt werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Getriebe überhitzt.
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Es ist vorgesehen, dass die Öleintrittstemperatur, die Ölaustrittstemperatur, die Wassereintrittstemperatur und die Wasseraustrittstemperatur zumindest annähernd zu denselben Zeitpunkten erfasst werden. Das Erfassen der Werte sollte auch immer bei gleichen Betriebspunkten erfolgen, sodass reproduzierbare und aussagekräftige Ergebnisse erzielt werden können. Gleiche Betriebspunkte liegen insbesondere dann vor, wenn die vom Getriebe übertragenen Drehzahlen, Drehmomente und/oder die Abtriebsdrehrichtung jeweils zumindest annähernd gleich sind.
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Ein Getriebekühler muss auf eine Leistung des zugeordneten Getriebes ausgelegt sein. In der Praxis werden jedoch häufig für verschiedene Getriebebaugrößen, Getriebevarianten und Anwendungen die gleichen Getriebekühler verwendet. Dies führt dazu, dass in einigen Fällen die Kapazität bzw. maximale Leistung des verwendeten Getriebekühlers überdimensioniert ist. Die Leistung des jeweils ausgewählten Getriebekühlers kann an die Leistung der jeweiligen Getriebebaugröße, Getriebevariante und Anwendung angepasst werden, indem die Durchflussmenge des Wassers durch den Getriebekühler vor oder bei der Inbetriebnahme angepasst bzw. eingestellt wird. Unter einer Durchflussmenge wird ein Volumenstrom verstanden. Die Einstellung der Durchflussmenge kann beispielsweise mittels Ventilen, Blenden oder Drosseln erfolgen. Zur Einstellung einer gewünschten Durchflussmenge kann die ermittelte Wassertemperaturdifferenz verwendet werden. Das heißt, dass auf der Basis der erfassten Wassereintrittstemperatur und Wasseraustrittstemperatur und diesen zugeordneten Erfahrungs- bzw. Referenzwerten eine Durchflussmenge ermittelt wird. Dies ist vorteilhaft, weil sich Temperaturen in dem Wasserkreislauf einfacher und genauer messen lassen, als eine Durchflussmenge. Es ist somit eine weniger aufwändige Anordnung erforderlich.
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Die Einstellung der Durchflussmenge des Wassers durch den Getriebekühler hat folgenden Hintergrund. Der Getriebekühler hat eine bestimmte Kapazität. Die Kühlleistung ist hauptsächlich abhängig von den spezifischen Wärmekapazitäten der Kühlmedien, von der Durchflussmenge und von der Differenztemperatur. Die spezifische Wärmekapazität eines verwendeten Kühlmediums wird in dem jeweils betrachteten Temperaturbereich als konstant angenommen. Daher ergibt sich beim Betreiben eines Getriebes bei voller Leistung und bei geringer Durchflussmenge durch den Ölkreislauf eine hohe Öltemperaturdifferenz an dem Getriebekühler. Je mehr Leistung das Getriebe überträgt, desto höher ist die Wärmeentwicklung in dem Getriebe. Bei gleicher übertragener Leistung im Getriebe und hoher Durchflussmenge ergibt sich eine geringe Öltemperaturdifferenz.
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Bleibt die Durchflussmenge in dem Ölkreislauf konstant und die von dem Getriebe übertragene Leistung nimmt ab, so sinkt die Öltemperaturdifferenz immer weiter. Auch wenn die vom Getriebe übertragene Leistung konstant bleibt und die Durchflussmenge steigt, so nimmt die Öltemperaturdifferenz ab.
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In der Regel wird die Durchflussmenge des Wassers bei Inbetriebnahme eingestellt und damit an die jeweilige Getriebebaugröße, Getriebevariante und Anwendung angepasst. Danach bleibt diese Einstellung üblicherweise unverändert. Die Öltemperatur in dem Getriebe ist abhängig von der Wassereintrittstemperatur und von der Durchflussmenge des Wassers. Mit einer richtig eingestellten Durchflussmenge in dem Wasserkreislauf kann sichergestellt werden, dass die Öltemperatur nicht zu hoch steigt und im Betrieb auch nicht zu niedrig ist. Die Öltemperatur in dem Ölkreislauf sollte im Bereich zwischen 30 und 90 Grad Celsius liegen, um eine ausreichende und sichere Kühlung zu gewährleisten. Es ist also zunächst zu beachten, dass die Öltemperatur nicht zu sehr steigt. Je höher die Wassereintrittstemperatur, umso höher ist die Öltemperatur. Dabei ist zusätzlich zu berücksichtigen, dass das Kühlwasser für Schiffsgetriebe häufig aus dem Gewässer entnommen wird, in dem sich das Schiff bewegt. Dies ist der Grund, weshalb sich die Wassereintrittstemperatur an dem Getriebekühler über das Jahr ändern kann. Grundsätzlich gilt dazu, dass bei niedrigen Wassereintrittstemperaturen geringere Durchflussmengen ausreichen, während bei höheren Wassereintrittstemperaturen hohe Durchflussmengen geeignet und erforderlich sind. Eine hohe Wassereintrittstemperaturen und eine geringe Durchflussmenge in dem Wasserkreislauf würde in einer hohen Öltemperatur resultieren.
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Gleichzeitig wird mit einer korrekten Einstellung der Durchflussmenge in dem Wasserkreislauf bei Inbetriebnahme sichergestellt, dass die Öltemperatur im Betrieb nicht zu gering ist. Eine niedrige Wassereintrittstemperatur und eine hohe Durchflussmenge des Wassers resultiert in einer niedrigen Öltemperatur.
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Ein weiterer Aspekt bei der Einstellung der Durchflussmenge des Wassers ist, dass dabei auch die Strömungsgeschwindigkeit in dem Wasserkreislauf und durch den Getriebekühler beeinflusst wird. Es muss darauf geachtet werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit in dem Wasserkreislauf weder zu hoch, noch zu niedrig eingestellt wird. Je höher die Durchflussmenge, also der Volumenstrom, desto höher ist die Strömungsgeschwindigkeit in dem Wasserkreislauf.
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Mithilfe der vorliegenden Erfindung ist es nun möglich über einen längeren Zeitraum kontinuierlich zu beobachten, wie sich die Wassertemperaturdifferenz über den Zeitraum entwickelt. Mithilfe dieser Information kann wiederum eine Aussage über den Kühlerzustand getroffen werden. Wird beispielsweise die Wassertemperaturdifferenz bei gleichen Betriebspunkten immer höher, dann kann davon ausgegangen werden, dass der Getriebekühler nach und nach zusetzt. Das heißt, dass beispielsweise Verschmutzung, Muschelbefall oder Grasbewuchs die Strömungskanäle in dem Getriebekühler verengen. Dadurch verringert sich die bei der Inbetriebnahme eingestellte Durchflussmenge in dem Wasserkreislauf und die Kühlerleistung nimmt ab. Dies kommt in der Praxis immer wieder vor und führt zu Problemen bis hin zum Getriebeausfall wegen zu hoher Öltemperaturen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass mit der Beobachtung der erfassten Wassertemperaturdifferenz auch die Strömungsgeschwindigkeiten in dem Getriebekühler überwacht werden können. Zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten können zu Erosion bzw. Kavitation führen. In dem schlimmsten Fall kann dadurch der Getriebekühler kaputt gehen. Erosion entsteht z.B. bei zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten, insbesondere in Verbindung mit Partikeln wie Sand, die sich im Wasser befinden. Dadurch wird die Oxidationsschicht in den Kühlerrohren bzw. Kühlkanälen abgetragen, dies führt zu Korrosion und zum Ausfall. Zu geringe Strömungsgeschwindigkeiten führen zum Zusetzen des Getriebekühlers durch Ablagerungen, wodurch es schlussendlich zu Verstopfung und Korrosion in dem Getriebekühler kommen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführung kann zusätzlich vorgesehen sein, dass ein Verhältniswert zwischen der Wassertemperaturdifferenz und der Öltemperaturdifferenz ermittelt wird. Bei einer Veränderung des Verhältnisses zwischen den beiden Temperaturdifferenzen verändert sich der Verhältniswert, woran beispielsweise eine Verschmutzung in dem Kühler erkannt werden kann. Für diese Ausführung werden also die Wassereintrittstemperatur, die Wasseraustrittstemperatur, die Öleintrittstemperatur und die Ölaustrittstemperatur erfasst. Ferner werden die Öltemperaturdifferenz, die Wassertemperaturdifferenz, sowie der genannte Verhältniswert zwischen der Wassertemperaturdifferenz und der Öltemperaturdifferenz übermittelt und überwacht. Die hohe Anzahl an überwachten Werten lässt eine sehr aussagekräftige und genaue Zustandsüberwachung des Kühlers zu.
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Um die ermittelten Werte über einen längeren Zeitraum beobachten zu können, kann zumindest ein Verlauf der Wassertemperaturdifferenz, der Öltemperaturdifferenz und/oder des Verhältniswerts über einen gewissen Zeitraum in einem Datenspeicher gespeichert werden. Darüber hinaus können auch die einzelnen erfassten Temperaturwerte gespeichert werden.
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Ferner kann vorgesehen werden, dass zumindest einer der Werte Wassertemperaturdifferenz, Öltemperaturdifferenz und/oder Verhältniswert auf einem Ausgabegerät zur Anzeige gebracht wird. Das Ausgabegerät kann ein Bildschirm an einem Armaturenbrett eines Fahrzeugs oder auf der Brücke eines Schiffs sein, in dem das Getriebe mit dem Getriebekühler verbaut ist. Das Ausgabegerät kann sich jedoch auch entfernt von dem Getriebekühler und dem entsprechenden Fahrzeug, beispielsweise bei einem Flottenbetreiber, einem Wartungszentrum oder dergleichen befinden. In letzteren Fall können die erfassten und ermittelten Werten über geeignete Schnittstellen und Datenübertragungskanäle mittels Kabel oder kabellos zu dem Ausgabegerät übertragen werden.
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In einer Ausführung des Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass die ermittelten Werte der Wassertemperaturdifferenz, der Öltemperaturdifferenz und/oder des Verhältniswerts mit jeweils zugeordneten abgespeicherten Referenzwerten verglichen werden. Bei Unter- oder Überschreitung einer maximalen Abweichung von dem jeweiligen Referenzwert kann beispielsweise ein Alarmsignal generiert werden.
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Die Erfindung umfasst auch eine Anordnung zur Überwachung eines Zustands eines Getriebekühlers, in dem Wärmeenergie von einem Ölkreislauf auf einen Wasserkreislauf übertragen wird. Die Anordnung umfasst einen ersten Temperatursensor zum Erfassen einer Öleintrittstemperatur, einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen einer Ölaustrittstemperatur, einen dritten Temperatursensor zum Erfassen einer Wassereintrittstemperatur und einen vierten Temperatursensor zum Erfassen einer Wasseraustrittstemperatur. Darüber hinaus umfasst die Anordnung eine mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Temperatursensor verbundene Überwachungseinheit. Die Überwachungseinheit ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit der durch die Temperatursensoren erfassten Werte einen Zustand des Getriebekühlers zu ermitteln.
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Eine solche Anordnung ist insbesondere dazu eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Dazu umfasst die Anordnung insbesondere elektronische Komponenten wie Datenspeicher, Prozessoren und Schnittstellen zum erforderlichen Datenaustausch.
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Schließlich umfasst die Erfindung ein Schiffsgetriebe mit einem Getriebekühler, bei dem eine oben beschriebene Anordnung zur Überwachung des Zustands des Getriebekühlers vorgesehen ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung und deren Vorteile anhand der in den anliegenden Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.
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Es zeigen
- 1 einen Getriebekühler mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Überwachung eines Zustands des Getriebekühlers und
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Der in der 1 dargestellte Getriebekühler 6 ist als Wärmetauscher ausgebildet. In dem Getriebekühler 6 wird Wärmeenergie von einem Ölkreislauf 13 auf einen Wasserkreislauf 14 des Getriebekühlers 6 übertragen. Der Getriebekühler 6 wird also von dem Ölkreislauf 13 und von dem Wasserkreislauf 14 durchströmt. Der Ölkreislauf 13 und der Wasserkreislauf 14 sind jeweils durch Pfeile dargestellt. Der Ölkreislauf 13 wird durch ein nicht dargestelltes Getriebe geleitet, um Wärmeenergie aus dem Getriebe abzuführen, sodass das Getriebe nicht überhitzt. Der Wasserkreislauf 14 kann beispielsweise an einen Wasserkühlkreislauf eines Motors angeschlossen sein. Im vorliegenden Fall ist der Getriebekühler 6 für ein Schiffsgetriebe vorgesehen, und der Wasserkreislauf 14 wird durch Seewasser gespeist.
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Eine Anordnung zur Überwachung des Zustands des Getriebekühlers 6 umfasst einen ersten Temperatursensor 1 zum Erfassen einer Öleintrittstemperatur und einen zweiten Temperatursensor 2 zum Erfassen einer Ölaustrittstemperatur. Der erste Temperatursensor 1 ist an einem Öleintrittsanschluss 7 angeordnet. Der zweite Temperatursensor 2 ist an einem Ölaustrittsanschluss 8 angeordnet. Die Anordnung umfasst ferner einen dritten Temperatursensor 3 zum Erfassen einer Wassereintrittstemperatur und einen vierten Temperatursensor 4 zum Erfassen einer Wasseraustrittstemperatur. Der dritte Temperatursensor 3 ist an einem Wassereintrittsanschluss 9 angeordnet. Der vierte Temperatursensor 4 ist an einem Wasseraustrittsanschluss 10 angeordnet. Die Positionen der gezeigten Anschlüsse 7, 8, 9 und 10 sind in der 1 nur schematisch und beispielhaft dargestellt. In anderen Ausführungsformen können die einzelnen Anschlüsse an anderer Stelle angeordnet sein.
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Die Anordnung umfasst darüber hinaus eine mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Temperatursensor 1, 2, 3, 4 verbundene Überwachungseinheit 5. Die signal- und datenübertragenden Verbindungen 16 zwischen den Temperatursensoren 1, 2, 3, 4 und der Überwachungseinheit 5 sind durch Strichlinien dargestellt und können kabellos oder als Kabelverbindung ausgeführt sein. Die Verbindungen 16 können auch über einen Datenbus oder ein Datennetzwerk eines zugeordneten Antriebsstrangs oder Fahrzeugs geführt sein.
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Die Überwachungseinheit 5 ist dazu eingerichtet in Abhängigkeit der durch die Temperatursensoren 1, 2, 3, 4 erfassten Werte einen Zustand des Getriebekühlers 6 zu ermitteln. Dazu umfasst die Überwachungseinheit 5 geeignete, insbesondere elektronische, Komponenten, um aus den erfassten Signalen die erforderlichen Werte zu ermitteln. Dazu sind insbesondere Hardwareelemente wie Prozessoren 12, Datenspeicher 11, Schnittstellen und Verbindungen zwischen den Komponenten sowie geeignete Softwareprodukte, d.h. Computerprogramme vorgesehen. Auch die Temperatursensoren 1, 2, 3, 4 selbst können elektronische Komponenten aufweisen, mit denen die erfassten Werte umgewandelt und/oder bearbeitet werden können.
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Alle erfassten und ermittelten Werte können auf einem Ausgabegerät 15 zur Anzeige gebracht werden. Das Ausgabegerät 15 kann insbesondere ein Bildschirm sein, auf dem ein Fahrzeugführer oder Servicepersonal den Zustand des Getriebekühlers 6 überwachen kann.
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Das vorgeschlagene Verfahren zum Überwachen eines Zustands eines Getriebekühlers ist in 2 schematisch dargestellt. In dem Verfahrensschritt 20 wird die Wassereintrittstemperatur erfasst und in dem Verfahrensschritt 21 wird die Wasseraustrittstemperatur erfasst. Aus diesen beiden erfassten Werten wird im Verfahrensschritt 22 eine Wassertemperaturdifferenz ermittelt. Dies kann durch einfache Differenzbildung in der Überwachungseinheit 5 erfolgen.
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Parallel dazu wird in dem Verfahrensschritten 23 wird die Öleintrittstemperatur erfasst und in dem Verfahrensschritt 24 wird die Ölaustrittstemperatur erfasst. Durch Differenzbildung kann im Verfahrensschritt 25 aus der Öleintrittstemperatur und der Ölaustrittstemperatur eine Öltemperaturdifferenz ermittelt werden.
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Schließlich wird im Verfahrensschritt 26 ein Verhältniswert zwischen der Wassertemperaturdifferenz und der Öltemperaturdifferenz ermittelt. Jeder der genannten erfassten und ermittelten Werte kann in einem Datenspeicher gespeichert und danach ausgewertet werden, um so Aussagen über den Zustand des Getriebekühlers machen zu können. Die Verfahrensschritte 20, 21, 23 und 24, also das Erfassen der Temperaturwerte, werden vorzugsweise jeweils zum zumindest annähernd gleichen Zeitpunkten vorgenommen. Diese Zeitpunkte, also die Messzeitpunkte werden den jeweils erfassten Werten zugeordnet und ebenfalls abgespeichert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperatursensor
- 2
- Temperatursensor
- 3
- Temperatursensor
- 4
- Temperatursensor
- 5
- Überwachungseinheit
- 6
- Getriebekühler
- 7
- Öleintrittsanschluss
- 8
- Ölaustrittsanschluss
- 9
- Wassereintrittsanschluss
- 10
- Wasseraustrittsanschluss
- 11
- Datenspeicher
- 12
- Prozessor
- 13
- Ölkreislauf
- 14
- Wasserkreislauf
- 15
- Ausgabegerät
- 16
- Verbindung
- 20
- Verfahrensschritt
- 21
- Verfahrensschritt
- 22
- Verfahrensschritt
- 23
- Verfahrensschritt
- 24
- Verfahrensschritt
- 25
- Verfahrensschritt
- 26
- Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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