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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz zwischen Abschnitten eines Kreislaufsystems.
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Allgemein bekannt sind viele Kreislaufsysteme (im Folgenden auch Kreislauf genannt) mit Betriebsflüssigkeiten beispielsweise innerhalb von Kraftfahrzeugen. Beispiele für solche Kreisläufe sind: ein Kühlmittelkreislauf, ein Ölkreislauf und ein Klimaanlagenflüssigkeitskreislauf. Generell kann jeder Kreislauf Baukomponenten durchströmen und der Druck in einem flüssigen Medium in dem Kreislauf kann an solchen Baukomponenten abfallen. Durch eine Messung des Druckabfalls des flüssigen Mediums an einer Baukomponente kann die Durchströmung der Baukomponente ermittelbar sein.
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Das Dokument
DE 10 2019 210 030 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung eines Volumenstroms in einem Kühlkreislauf, wobei der Kühlkreislauf zumindest eine erste Pumpe zur Förderung eines Kühlmittels und mindestens eine von dem Kühlmittel beaufschlagte Komponente aufweist, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: a) Betreiben der ersten Pumpe und Fördern des Kühlmittels durch den Kühlkreislauf; b) Messen eines an der Komponente anliegenden Differenzdrucks des Kühlmittels; c) Ermitteln eines zu dem gemessenen Differenzdruck korrelierenden Volumenstroms anhand eines in einem Steuergerät hinterlegten Kennfelds und d) Regelung der ersten Pumpe durch das Steuergerät anhand des über den gemessenen Differenzdruck ermittelten Volumenstroms.
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Das Dokument
US 9,638,559 B1 offenbart Systeme und Verfahren zum Messen von Differenz- und Absolutdruck eines strömenden Fluids/Gases in einem Fluidsystem. Bei einem solchen Verfahren ist das Fluidsystem mit ersten und zweiten Druckanschlüssen konfiguriert, die voneinander beabstandet sind, sodass der zweite Druckanschluss in Strömungsrichtung stromabwärts des ersten Druckanschlusses liegt. Ein Absolutdruckmesselement und ein Differenzdruckmesselement sind vorgesehen, wobei das Absolutdruckmesselement zuerst fluidisch mit dem ersten oder zweiten Druckabgriff gekoppelt ist, um einen für das strömende Fluid/Gas repräsentativen Absolutdruck zu messen. Das Differenzdruckerfassungselement ist als zweites fluidisch mit jedem der ersten und zweiten Druckabgriffe gekoppelt, um einen Differenzdruck des strömenden Fluids/Gases zwischen den ersten und zweiten Druckabgriffen zu messen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf nach Anspruch 1 gelöst. Diese Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Steuereinheit zum Empfangen der Druckdifferenzdaten der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 9. Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit Kreislauf, Steuereinheit und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem Kreislaufsystem, das ein flüssiges Medium enthält, umfassend: einer Druckdifferenzsensoreinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Druckdifferenz zwischen zwei durchströmten Kreislaufabschnitten zu messen, wobei die Differenzdrucksensoreinrichtung kommunizierend mit einem geodätisch tiefer gelegenen durchströmten Kreislaufabschnitt und mit einem geodätisch höher gelegenen durchströmten Kreislaufabschnitt verbunden ist, mit einem der durchströmten Kreislaufabschnitte auf der gleichen geodätischen Höhe angeordnet ist und die kommunizierende Verbindung stetig zu dem anderen der beiden durchströmte Kreislaufabschnitte verläuft, sodass ein Fremdmedium, das sich durch eine von einer Dichtedifferenz des Fremdmediums zu dem flüssigen Medium bedingten Schwerkraftwirkung von dem flüssigen Medium trennt, sich nicht in den kommunizierenden Verbindungen zu der Differenzdrucksensoreinrichtung ansammelt und eine geodätische Höhendifferenz bildet, welche die Druckdifferenzmessung beeinflusst.
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Mit der Druckdifferenzsensoreinrichtung können zumindest zwei Drücke oder zumindest eine Druckdifferenz zwischen zwei Drücken gemessen werden. Diese Drücke können durch eine kommunizierende Verbindung zu der Druckdifferenzsensoreinrichtung geführt werden. Die Druckdifferenzsensoreinheit kann diese Druckdifferenz messen und kann die Messdaten an eine Steuereinheit übermitteln. Wird die Druckdifferenz vor und nach einer Baukomponente des Kreislaufs gemessen, an der aufgrund eines Strömungswiderstandes der Druck abfällt, so kann auf Basis der Druckdifferenz, zum Beispiel über eine Pumpe, die im Kreislauf verbaut ist, der Durchfluss des Kreislaufs eingestellt werden. Einstellen kann hier steuern und regeln bedeuten.
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In einer weiteren Ausführung kann die Druckdifferenzsensoreinrichtung auch die zwei Drücke messen und übermitteln. Die Steuereinheit kann dann aus den übermittelten Messdaten in einem Zwischenschritt eine Druckdifferenz ermitteln und kann mit der Druckdifferenz zum Beispiel über die Pumpe den Durchfluss des Kreislaufs einstellen.
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Die Druckdifferenz kann zwischen zwei durchströmten Abschnitten des Kreislaufs gemessen werden. Kommunizierende Verbindungen können die Drücke der Druckdifferenzsensoreinheit zuführen. Die durchströmten Abschnitte des Kreislaufs können dabei zum Beispiel Schläuche, Rohre, Anschlussstutzen von Baukomponenten im Kreislauf oder Kreislaufabschnitte innerhalb von den Baukomponenten sein.
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Die kommunizierenden Verbindungen zwischen der Druckdifferenzsensoreinrichtung und den zwei durchströmten Kreislaufabschnitten können beispielsweise mit dem flüssigen Medium gefüllt sein, um die Drücke der flüssigen Medien der Druckdifferenzsensoreinrichtung zuzuführen. Eine solche kommunizierende Verbindung kann auch die Anordnung der Druckdifferenzsensoreinrichtung innerhalb zumindest einer der durchströmten Kreislaufabschnitte umfassen. Dies kann realisiert sein, wenn die durchströmten Kreislaufabschnitte unmittelbar parallel zueinander verlaufen und die Druckdifferenzsensoreinrichtung innerhalb einer gemeinsamen Wand der durchströmten Kreislaufabschnitte ausgestaltet ist. Ist die Druckdifferenzsensoreinrichtung unmittelbar innerhalb eines durchströmten Kreislaufabschnitts ausgestaltet, kann der Druck aus dem anderen durchströmten Kreislaufabschnitt der Druckdifferenzsensoreinrichtung durch die andere kommunizierende Verbindung zugeführt werden.
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Ein Fremdmedium kann fest, flüssig oder gasförmig sein, und alle chemische Stoffe umfassen, die nicht oder nicht in der Form in dem flüssigen Medium vorgesehen sind. Ist ein Fremdmedium mit einer von dem flüssigen Medium verschiedenen Dichte in dem Kreislauf enthalten, so kann eine Kraft wirken, die entgegen der Schwerkraft wirkt und in Abhängigkeit von einem Dichteunterschied bzw. einer Dichtedifferenz entweder ein Aufsteigen oder ein Absteigen des Fremdmediums innerhalb des flüssigen Mediums bewirken kann. Diese Kraftwirkung kann auch als Schwerkraftwirkung beschreiben werden, da die Schwerkraft auch die Ursache eines hydrostatischen Drucks in flüssigen Medien ist und eine hydrostatische Druckdifferenz die Ursache für eine Auftriebskraft sind. Ist zum Beispiel ein Gas oder Gasgemisch wie Luft in dem Kreislauf enthalten, so erfahren die Luftbläschen eine Auftriebskraft und fließen in manchen Ausführungsbeispielen an der geodätisch höher gelegenen Innenwand eines durchströmten Kreislaufabschnitts mit. Ist in einem solchen durchströmten Kreislaufabschnitt eine kommunizierende Verbindung ausgestaltet, die zu der Druckdifferenzsensoreinheit hin in geodätischer Höhe ansteigt, so kann sich eine Luftsäule innerhalb der kommunizierenden Verbindung bilden. Durch den Dichteunterschied der Luft zu dem flüssigem Medium kann bei gleicher Höhe der Säulen der hydrostatische Druck geringer sein, wenn die kommunizierende Verbindung mit Luft gefüllt ist. Das bedeutet, dass eine Säule aus flüssigem Medium den Druck aus dem durchströmten Kreislaufabschnitt hinauf zu der Druckdifferenzsensoreinheit mehr mindern kann als die Luftsäule mit gleicher Höhe. Wird eine Befüllung des Kreislaufs mit dem flüssigen Medium angenommen, so kann hierbei ein Messfehler bzw. ein Offset der Messwerte entstehen, auf deren Basis eine Durchströmung des Kreislaufs beispielsweise mittels der Pumpe möglicherweise falsch eingestellt wird.
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Ist hingegen in einer weiteren Ausführung die Dichte des Fremdmediums größer, als die des flüssigen Mediums, wirkt die Kraft aufgrund des Dichteunterschieds und der Gravitation nach unten bzw. hin zu geringerer geodätisch Höhe. Ist nun eine kommunizierende Verbindung von dem durchströmten Kreislaufabschnitt hin zu der Druckdifferenzsensoreinheit ausgestaltet, die von dem durchströmten Kreislaufabschnitt hin zu der Druckdifferenzsensoreinheit in geodätischer Höhe abfällt, so kann sich das Fremdmedium in der kommunizierenden Verbindung absetzen und es entsteht ein Messfehler bzw. ein Offset der Messwerte analog zu der Betrachtung oben.
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Dies kann vermieden werden, wenn eine kommunizierende Verbindung, in der ein Fremdmedium aufsteigen oder sich absetzen kann, so angeordnet wird, dass zum Beispiel die Druckdifferenzsensoreinheit und die durchströmten Kreislaufabschnitte auf gleicher geodätischer Höhe ausgestaltet sind. Ein Fremdmedium, das sich in eine solchen kommunizierenden Verbindung mit gleicher geodätischer Höhe ansammelt, kann beispielsweise keinen Einfluss auf die Messung des Druckes, der durch diese kommunizierende Verbindung der Druckdifferenzsensoreinheit zugeführt wird, nehmen. Solange dann die andere kommunizierende Verbindung der Druckdifferenzsensoreinheit zu dem anderen durchströmten Kreislaufabschnitt stetig verläuft, kann sich zum Beispiel in dieser kommunizierenden Verbindung kein Fremdmedium ansammeln, da die auf das Fremdmedium wirkende Kraft das Fremdmedium aus dieser kommunizierenden Verbindung ausleitet. So kann das Fremdmedium beispielsweise auch keinen Einfluss auf die Messung des Druckes, der durch diese andere kommunizierende Verbindung der Druckdifferenzsensoreinheit zugeführt wird, nehmen.
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Bei Fremdmedien mit geringerer Dichte als die Dichte des flüssigen Mediums bedeutet das, dass die Druckdifferenzsensoreinheit auf der gleichen geodätischen Höhe angeordnet sein kann wie der geodätisch tiefer gelegene durchströmte Kreislaufabschnitt, während die andere kommunizierende Verbindung von der Druckdifferenzsensoreinheit in geodätischer Höhe stetig ansteigend zu dem geodätisch höher gelegenen durchströmte Kreislaufabschnitt führen kann. Bei Fremdmedien mit höherer Dichte jedoch bedeutet das, dass die Druckdifferenzsensoreinheit auf der gleichen geodätischen Höhe angeordnet sein kann wie der geodätisch höher gelegene durchströmte Kreislaufabschnitt, während die andere kommunizierende Verbindung von der Druckdifferenzsensoreinheit in geodätischer Höhe stetig abfällt und zu dem geodätisch tiefer gelegenen durchströmte Kreislaufabschnitt führen kann. Die Stetigkeit der anderen kommunizierenden Verbindung ist hierbei wichtig, damit die Kraft, die aufgrund der Differenz in Dichte zwischen Fremdmedium und flüssigem Medium wirkten kann, das Fremdmedium beispielsweise aus der anderen kommunizierenden Verbindung ungehindert ausleiten kann.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die kommunizierenden Verbindungen Verbindungsstellen umfassen, wobei eine erste Verbindungsstelle zum Zuführen eines ersten Drucks mit der Druckdifferenzsensoreinrichtung kommunizierend verbunden ist, und eine zweite Verbindungsstelle zum Zuführen eines zweiten Drucks mit der Druckdifferenzsensoreinrichtung kommunizierend verbunden ist.
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Die Verbindungsstellen sind Vorrichtungen, die an der Druckdifferenzsensoreinrichtung ausgestaltet sind und die das Anschließen an den Kreislauf ermöglichen sollen. Mögliche Ausführungen von Verbindungsstellen umfassen zum Beispiel: Stutzen zum Aufstecken und Schellen zum Festklemmen von Schläuchen, Schraubverbindung, Bohrungen und Steckverbindungen, die verriegelt werden können oder selbst verriegelnd sind.
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Durch die Verwendung von zum Beispiel zumindest einer Steckverbindung oder Schraubverbindung kann beispielsweise eine separate Halterung für die Druckdifferenzsensoreinrichtung eingespart werden, da die Haltefunktion in die kommunizierende Verbindung integriert sein kann. Darüber hinaus kann die Verwendung von zum Beispiel zumindest einer Steckverbindung oder Schraubverbindung als kommunizierenden Verbindung eine Druckleitung wie zum Beispiel einen Schlauch einsparen und kann die Montage gegen Toleranzabweichungen unempfindlich machen. Zudem können Steckverbindungen mechanischen Beanspruchungen wie zum Beispiel Beschleunigungen, Druck, Querkräften und Verspannungen gut standhalten. Eine Möglichkeit eine standardisierte Steckverbindung zu verwenden, die bereits in der Serienproduktion Verwendung finden, kann zusätzlich Komplexität und Erprobung vermindern.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die kommunizierende Verbindung zwischen einer der Verbindungsstellen und einem der durchströmten Kreislaufabschnitte durch einen Schlauch ausgeführt ist. Dabei kann die Verbindungsstelle an der Druckdifferenzsensoreinrichtung beispielsweise als Stutzen ausgeführt sein. Der Schlauch kann dann beispielsweise auf die Stutzen aufgeschoben werden und mit Schellen geklemmt bzw. fixiert werden, sodass die kommunizierende Verbindung zwischen einer der Verbindungsstellen und einem der durchströmten Kreislaufabschnitte entstehen kann. Der Schlauch kann zum Beispiel auch mit Wärme auf die Stutzten aufgeschrumpft werden oder mittels eines Steckverschlusses an den Verbindungsstellen befestigt sein.
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Es gibt Ausführungen, bei denen eine der kommunizierenden Verbindungen zwischen den Verbindungsstellen und den durchströmten Kreislaufabschnitten als eine Steckverbindung ausgeführt ist. Durch die Steckverbindung kann die Druckdifferenzsensoreinrichtung dann mit dem den durchströmten Kreislaufabschnitt verbunden sein und die kommunizierende Verbindung kann dann in einer weiteren Funktion als Halterung ausgestaltet sein. Als eine solche Steckverbindung kann eine standardisiert Steckverbindung gewählt werden und der Montageaufwand kann gering sein. Bei einer Kombination mit einer anderen kommunizierenden Verbindung mittels eines Schlauches können viele verschiedene Abstände und Positionen zwischen den durchströmten Kreislaufabschnitten flexibel montiert werden.
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Es gibt Ausführungen, bei denen eine der kommunizierenden Verbindungen zwischen den Verbindungsstellen und den durchströmten Kreislaufabschnitten als eine Schraubverbindung ausgeführt ist. Eine Schraubverbindung kann hierbei eine Verschraubung sein, die zum Beispiel einen Schlauch an einem der Verbindungsstellen befestigt. Die Schraubverbindung kann auch als Montageplatte ausgestaltet sein, in der die Druckdifferenzsensoreinrichtung, zumindest eine Verbindungsstelle und zumindest ein durchströmter Kreislaufabschnitt ausgestaltet sind, wobei die Montageplatte mittels Flachdichtung und Schrauben an eine Baukomponente des Kreislaufs montiert sein kann. Falls nur eine der beiden durchströmter Kreislaufabschnitt in der Montageplatte ausgestaltet ist, kann ein weiterer durchströmter Kreislaufabschnitt zum Beispiel mittels eines Schlauchs kommunizierend verbunden sein.
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Es gibt Ausführungen, bei denen eine der Verbindungsstellen in Reihe mit einem der durchströmten Kreislaufabschnitte ausgeführt ist und diese Verbindungsstelle somit durchströmt ist. Dabei kann der durchströmte Kreislaufabschnitt beispielsweise zweigeteilt sein und auf zwei Stutzen der Verbindungsstelle so aufgeschoben und mit Schellen fixiert sein, dass das flüssige Medium von einem Teil des durchströmten Kreislaufabschnitts durch die Verbindungsstelle in den anderen Teil des durchströmten Kreislaufabschnitts strömt. Das flüssige Medium kann auch von einem durchströmtem Kreislaufabschnitt durch die Verbindungsstelle in einen weiteren durchströmten Kreislaufabschnitt strömen.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, die Ausführungen der Verbindungsstellen zu kombinieren. So kann es möglich sein, kommunizierende Verbindungen zwischen den durchströmten Kreislaufabschnitten und der Druckdifferenzsensoreinrichtung so herzustellen, dass beispielsweise eine Steckverbindung und eine Verschraubung verwendet werden.
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Es gibt Ausführungen, bei denen zumindest ein durchströmter Kreislaufabschnitt ein Anschlussstutzen einer Baukomponente in dem Kreislauf ist. Dabei kann der Anschlussstutzen dem Anschließen der Baukomponente an den Kreislauf dienen. Dies kann am Vorlauf oder am Rücklauf der Baukomponente sein.
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Es gibt Ausführungen, bei denen zumindest ein durchströmter Kreislaufabschnitt ein Verbindungsstück zwischen Baukomponenten des Kreislaufs ist. Dieses Verbindungsstück kann zum Beispiel ein Rohr oder ein Schlauch sein.
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Es gibt Ausführungen, bei denen eine Steuereinheit zum Empfangen der Messdaten der Vorrichtung ausgestaltet ist. Diese Steuereinheit kann beispielsweise aufgrund der empfangenen Messdaten über die Pumpe die Durchströmung des Kreislaufs einstellen.
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Es gibt Ausführungen, bei denen ein Kraftfahrzeug mit Kreislauf, Steuereinheit und der Vorrichtung ausgestaltet ist. Die Vorrichtung ist dabei Teil des Kreislaufs. Dieses Kraftfahrzeug kann ein Fahrzeug mit einem Rad sein, dass wenigstens über ein Rad eine Kraft auf einen Untergrund ausüben kann, der das Kraftfahrzeug bewegt. Die Vorrichtung kann einen Differenzdruck zwischen zwei durchströmten Kreislaufabschnitten messen und diese Messwerte an eine Steuereinheit kommunizieren. Das Steuergerät kann dann aufgrund der Messwerte die Durchströmung des Kreislaufs einstellen, beispielsweise über eine Pumpe. Ein Kreislauf kann zum Beispiel ein Kühlmittelkreislauf für Leistungselektronik in einem Kraftfahrzeug sein, das zum Beispiel einen elektrischen Antriebsstrang oder Teile eines elektrischen Antriebsstrangs umfasst. Die Baukomponente kann zum Beispiel ein Gleichspannungswandler oder ein Ladegerät sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
- 1 eine Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf nach dem Stand der Technik;
- 2a ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf;
- 2b ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf, wobei eine Druckdifferenzsensoreinrichtung direkt in einem durchströmten Kreislaufabschnitt angeordnet ist;
- 3 ein Ausführungsbeispiel einer Verbindungsstelle, die als beispielhafte Steckverbindung ausgeführt ist, sowie diese in 2a und 2b verwendet werden kann;
- 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf mit einer durchströmten Verbindungsstelle;
- 5a ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf, wobei die Dichte eines möglichen Fremdmediums kleiner als die Dichte des flüssigen Mediums ist;
- 5b ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf, wobei die Dichte eines möglichen Fremdmediums größer als die Dichte des flüssigen Mediums ist;
- 6a eine Vorderansicht von einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf, wobei die Vorrichtung zur Montage an einer Oberfläche mittels Schrauben ausgelegt ist;
- 6b eine Seitenansicht von einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf, wobei die Vorrichtung zur Montage an einer Oberfläche mittels Schrauben ausgelegt ist; und
- 7 ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeuges mit Steuereinheit und erfindungsgemäßer Vorrichtung.
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1 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf nach dem Stand der Technik dar. Eine solche Druckdifferenz kann durch den Druckabfall an einer Baukomponente oder Baugruppe im Kreislauf erzeugt sein und somit die Durchströmung des Kreislaufs abbilden.
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Zu sehen sind zwei durchströmte Kreislaufabschnitte 112 und 114, die ein flüssiges Medium bei einem ersten und einem zweiten Druck 106 und 110 führen. Die Fließrichtung ist beispielhaft durch die Pfeile dargestellt. Der durchströmte Kreislaufabschnitt 112 ist über eine Zuleitung 105 kommunizierend mit einer Verbindungsstelle 104 verbunden und der durchströmte Kreislaufabschnitt 114 ist über eine Zuleitung 107 kommunizierend mit einer Verbindungsstelle 108 verbunden. Die Verbindungsstellen 106 und 108 sind kommunizierend mit einer Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 verbunden.
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Durch die kommunizierenden Verbindungen kann die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck 106 und 110 messen und die Messwerte an eine Steuereinheit 120 übermitteln. Da die geodätische Höhe von dem durchströmte Kreislaufabschnitt 114 hin zu dem durchströmte Kreislaufabschnitt 112 ansteigt, sammelt sich ein Fremdmedium, in diesem Falle Luft, mit einer geringeren Dichte als die des flüssigen Mediums, in der Zuleitung 105.
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Da die Luft eine geringere Dichte aufweist als das flüssige Medium und damit auch einen geringeren hydrostatischen Druck entgegen dem Druck 106 aufbaut, vermindert eine Luftsäule mit der Höhe ΔhLuft den ersten Druck 106 weniger als eine Säule aus dem flüssigen Medium mit gleicher Höhe. Unter der Annahme der kompletten Füllung der Zuleitungen 105 und 107 wird die Druckdifferenz somit verfälscht.
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2a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit dem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf, welche die Verfälschung der Druckdifferenzmessung aus 1 wenigstens teilweise behebt.
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Zu sehen sind zwei durchströmte Kreislaufabschnitte 112 und 114, die ein flüssiges Medium bei einem ersten und einem zweiten Druck 106 und 110 führen. Der durchströmte Kreislaufabschnitt 114 ist über die Verbindungsstelle 104 mit einer Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 kommunizierend verbunden. Der durchströmte Kreislaufabschnitt 112 ist über die kommunizierende Verbindung 108 mit der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 verbunden.
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Die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 misst den Differenzdruck zwischen dem ersten und dem zweiten Druck 106 und 110 und übermittelt Messwerte an eine Steuereinheit 120. Dabei sind der durchströmte Kreislaufabschnitt 114, die Verbindungsstelle 104 und die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 auf der gleichen geodätischen Höhe angeordnet.
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Ein Fremdmedium in dem Kreislauf (170 in 7), welches eine geringere Dichte hat als die Dichte des flüssigen Mediums, kann aufgrund der Dichtedifferenz eine Kraft wirken, welche bewirkt, dass das Fremdmedium an der Oberseite eines durchströmten Abschnittes 112 fließt. Sind der durchströmte Kreislaufabschnitt 114, die Verbindungsstelle 104 und die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 auf der gleichen geodätischen Höhe, ist der Druck in dem flüssigen Medium und dem Fremdmedium gleich, nämlich der erste Druck 106. Eine Fremdmediumssäule (Luftsäule) oder Säule aus flüssigem Medium, die den ersten Druck 106 vermindern kann und somit eine geodätisch bedingte Druckdifferenz erzeugt, existiert in dieser Anordnung nicht und somit kann das Fremdmedium die Messung der Druckdifferenz zwischen den durchströmten Kreislaufabschnitten nicht verfälschen.
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Für ein Fremdmedium, welches eine Dichte größer der Dichte des flüssigen Mediums hat, wirkt die Kraft aufgrund der Dichtedifferenz und Gravitation nach unten. Demnach sind in dem Fall der durchströmte Kreislaufabschnitt 112, die kommunizierende Verbindung 108 und die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 auf der gleichen geodätischen Höhe angeordnet. Dadurch kann sich keine Fremdmediumssäule in der kommunizierenden Verbindung von durchströmte Kreislaufabschnitt 112 über die kommunizierende Verbindung 108 bis zur Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 bilden, welche die Messung der Druckdifferenz verfälscht. Da eine solche Fremdmediumssäule den zweiten Druck 110 mehr erhöht als eine Säule aus flüssigem Medium gleicher Höhe. Somit ist es nötig zu wählen mit welchem durchströmten Kreislaufabschnitt 112 oder 114 die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 auf gleicher geodätischer Höhe angeordnet sein muss. Diese Wahl wird dadurch bedingt, welche Dichte das Fremdmedium aufweist.
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2b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit dem flüssigem Medium gefüllten Kreislauf, wobei eine Druckdifferenzsensoreinrichtung direkt in einem durchströmten Kreislaufabschnitt angeordnet ist.
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Die Vorrichtung 100 in 2b unterscheidet sich von der Vorrichtung 100 in 2a dadurch das die Vorrichtung in 2b ohne Verbindungsstelle 104 ausgeführt ist und die kommunizierende Verbindung zwischen dem durchströmten Kreislaufabschnitt 114 und der Druckdifferenzsensoreinheit 102 derart ausgestaltet ist, sodass die Druckdifferenzsensoreinheit 102 unmittelbar in dem durchströmten Kreislaufabschnitt 114 angeordnet ist.
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In einer Konfiguration wie in 2a und 2b gezeigt kann die Vorrichtung 100 zum Beispiel an einem Eingangs- und einem Ausgangsstutzen einer Baukomponente montiert werden, die von den Stutzen mit dem Kreislauf (170 in 7) verbunden ist und durchströmt wird. Eine Möglichkeit eine solche Verbindung herzustellen, ist in 3 gezeigt.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verbindungsstelle, die als beispielhafte Steckverbindung ausgeführt ist, sowie sie in 2 verwendet werden kann.
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Die Verbindungsstelle ist hier als Steckverbindung 130 dargestellt und verbindet einen durchströmten Kreislaufabschnitt 114 mit der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 kommunizierend. Die Steckverbindung 130 ist durch einen O-Ring 134 und eine Federspange 132 ausgestaltet. Ein Aufnahmesockel 136 umfasst eine Schiene (nicht dargestellt), die orthogonal zu der Einführrichtung des Aufnahmesockels 136 ausgerichtet ist und in der die Federspange 132 in den Aufnahmesockel 136 hineingesteckt werden kann. Der Einführstutzen 138 mit Rippe 135 und O-Ring 134 kann in den Aufnahmesockel 136 eingeführt werden. Mit etwas Druck wird der O-Ring 134 gegen die innere Stirnfläche des Aufnahmesockels 136 gedrückt und dann die Federspange 132 in der Schiene in den Aufnahmesockel 136 hineingedrückt. Dabei greift die Federspange 132 hinter die Rippe 135 des Einführstutzen 138 und fixiert den Einführstutzen 138 und sich selbst mit genügend Druck, sodass der O-Ring gegen die innere Stirnfläche des Aufnahmesockels 136 abdichtet und die Federspange 132 nicht wieder aus der schiene des Aufnahmesockels 136 heraus rutscht.
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Dies ist eine exemplarische Steckverbindung. Weitere Steckverbindungen sind zur kommunizierenden Verbindung von einem durchströmten Kreislaufabschnitt 114 mit der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 möglich. Die kommunizierende Verbindung von einem durchströmten Kreislaufabschnitt 112 mit der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 kann ebenfalls mit einer solchen oder anderen Steckverbindung ausgestaltet sein.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf mit einer durchströmten Verbindungsstelle, welche die Verfälschung der Druckdifferenzmessung aus 1 wenigstens teilweise behebt, genauso wie die Vorrichtung aus 2.
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Zu sehen sind zwei durchströmte Kreislaufabschnitte 112 und 114, die ein flüssiges Medium bei einem ersten und einem zweiten Druck 106 und 110 führen. Die Fließrichtung ist beispielhaft durch die Pfeile dargestellt. Der durchströmte Kreislaufabschnitt 112 ist hier über einen Schlauch 116 kommunizierend mit Verbindungsstelle 108 verbunden. Die Verbindungsstelle 108 ist als Stutzen ausgeführt und durch das Aufschieben des Schlauches 116 und das Klemmen des Schlauches 116 mittels einer Schelle 140, zum Beispiel einer Federbandschelle, mit dem Schlauch 116 kommunizierend verbunden. Die Verbindungsstelle 108 ist kommunizierend mit der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 verbunden und erzeugt eine durchgehende kommunizierende Verbindung von dem durchströmten Kreislaufabschnitt 112 hin zu der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102.
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Der durchströmte Kreislaufabschnitt 114 ist zweiteilig ausgeführt und in Reihe mit der Verbindungsstelle 104 kommunizierend verbunden. Das flüssige Medium strömt von dem ersten durchströmten Kreislaufabschnitt 114 (links) durch die Verbindungsstelle 104 und in den zweiten durchströmten Kreislaufabschnitt 114 (rechts). Die Verbindungsstelle 104 ist somit durchströmt und stellt eine kommunizierende Verbindung mit dem Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 her. Die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 und der durchströmte Kreislaufabschnitt 114 befinden sich auf der gleichen geodätischen Höhe. Die Verbindungsstelle 104 ist durch Aufschieben des durchströmten Kreislaufabschnittes 114 und das Klemmen mittels der Schellen 140 kommunizierend mit dem durchströmten Kreislaufabschnitt 114 verbunden.
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In dieser Konfiguration kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Beispiel direkt in einem durchströmten Kreislaufabschnitt verbaut werden. Die kommunizierende Verbindung an den Verbindungsstellen kann auch mit einer Verschraubung oder mit einer Steckverbindung wie zum Beispiel in 3 gezeigt hergestellt werden.
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5a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf, welche die Verfälschung der Druckdifferenzmessung aus 1 wenigstens teilweise behebt, genauso wie die Vorrichtungen aus 2 und 4, wobei die Dichte eines möglichen Fremdmediums kleiner als die Dichte des flüssigen Mediums ist.
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Die Vorrichtung in 5a ist im Wesentlichen die Vorrichtung in 2. Die kommunizierende Verbindung zwischen dem durchströmten Kreislaufabschnitt 112 und der Verbindungsstelle 108 ist hier als Schlauch 116 ausgeführt, der mit einem Ende auf die Verbindungsstellen 108 aufgeschoben und dort mit einer Schelle 140 festgeklemmt wird. Die Verbindungsstelle 104 kann beispielsweise durch eine Steckverbindung (vgl. 130 3) ausgeführt sein. Diese Ausführung eignet sich wie bereits ausgeführt für Kreisläufe in denen Fremdmedien mit geringerer Dichte zu erwarten sind als der Dichte des flüssigen Mediums.
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5b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf, welche die Verfälschung der Druckdifferenzmessung aus 1 wenigstens teilweise behebt, genauso wie die Vorrichtungen aus 2 und 4, wobei die Dichte eines möglichen Fremdmediums größer als die Dichte des flüssigen Mediums ist.
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Die Vorrichtung in 5b unterscheidet sich zu der Vorrichtung in 5a dadurch, dass die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 auf gleicher geodätischer Höhe wie der geodätisch höhere durchströmte Kreislaufabschnitt 112 angeordnet ist und dadurch, dass die kommunizierende Verbindung zwischen dem durchströmten Kreislaufabschnitt 114 und der Verbindungsstelle 104 als Schlauch 116 ausgeführt ist.
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Die Konfiguration wie in 5b ist vorteilhaft, wenn sich in dem flüssigen Medium Fremdmedien befinden können, die eine größere Dichte als die Dichte des flüssigen Mediums aufweisen kann. In einem solchen Fall können die Schwerkraft und die Auftriebskraft so wirken, dass das Fremdmedium absinkt und sich in einer kommunizierenden Verbindung, die von dem geodätisch höher gelegenen durchströmten Abschnitt 112 hinunter zu der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 stetig abfällt, ansammelt, wobei die Ansammlung mit einer geodätischen Höhendifferenz, die die Druckmessung analog zu 1 beeinflussen kann, ausgestaltet sein kann. Die Konfiguration wie in 5b kann den Vorteil haben, dass solche Ansammlungen von einem Fremdmedium mit höherer Dichte als der Dichte des flüssigen Mediums durch die wirkende Schwerkraft entgegen der Auftriebskraft aus der kommunizierenden Verbindung zwischen dem durchströmten Kreislaufabschnitt 114 und der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 nach unten ausgeleitete werden. Weiterhin kann sich in der kommunizierenden Verbindung zwischen dem durchströmten Kreislaufabschnitt 112 und der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 keine Ansammlung von Fremdmedium mit einer geodätischen Höhendifferenz bilden, die die Druckmessung beeinflussen kann. Für die Konfiguration in 5a gilt eine analoge Betrachtung für Fremdmedien mit einer geringeren Dichte als die Dichte des flüssigen Mediums.
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Die Vorrichtung, wie in 5a oder 5b konfiguriert, ermöglicht eine Montage an verschiedenen Baukomponenten, mit unterschiedlichen Abständen und Positionen der Eingangs- und Ausgangsstutzen des Kreislaufs (170 in 7) sowie die Toleranz der Abstände der Stutzen. Mit dieser Flexibilität kann auch eine längere Haltbarkeit bei Beschleunigungen, Drücken, Querkräften und Verspannungen einhergehen. Somit ist eine Vorrichtung, wie in 5 gezeigt, flexibler einsetzbar. Lediglich muss sich die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 und der durchströmte Kreislaufabschnitt 114 auf der gleichen geodätischen Höhe liegen. Eine Möglichkeit, eine solche kommunizierende Verbindung zwischen Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 und durchströmtem Kreislaufabschnitt 114 herzustellen, ist in 3 gezeigt.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz in einem mit einem flüssigen Medium gefüllten Kreislauf, wobei die Vorrichtung zur Montage an einer Oberfläche mittels Schrauben ausgelegt ist. In 6a ist eine Vorderansicht auf die Vorrichtung dargestellt und in 6b eine Seitenansicht. Eine Verfälschung der Druckdifferenzmessung aus 1 wird wenigstens teilweise behoben, genauso wie in den Vorrichtungen aus 2, 4 und 5.
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Die Vorrichtung in 6a besteht aus eine Montageplatte 161 mit 4 Bohrungen und 4 Schrauben 160 um diese Montageplatte 161 auf die Oberfläche einer Baukomponente schrauben. Die durchströmten Kreislaufabschnitte 112 und 114 strömen innerhalb der Baukomponente 164 und die Montageplatte 161 ist durch Bohrungen 166 kommunizierend mit den durchströmten Kreislaufabschnitten 112 und 114 verbunden und durch Dichtungen 168 abgedichtet. Dabei wird eine kommunizierende Verbindung zwischen den durchströmten Kreislaufabschnitte 112 und 114 und der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 durch die Verbindungsstellen 108 und 104 hergestellt. Diese Verbindungsstellen sind als Kanäle in der Montageplatte 161 ausgestaltet. Die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 ist mit der Montageplatte 161 verbunden. Die Montageplatte kann auch als Gehäuse der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 ausgestaltet sein. Die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 übermittelt die gemessenen Messwerte an die Steuereinheit 120.
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In der 6b ist die Vorrichtung 100 in einer Seitenansicht dargestellt. Die Vorrichtung 100 wird gegen eine Baukomponente geschraubt, die sich links der Vorrichtung 100 befindet, so wie diese in 6b dargestellt ist. Der Durchfluss der durchströmten Kreislaufabschnitte 112 und 114 durch die Montageplatte 161 ist hier noch einmal genauer dargestellt. Die Fließrichtung ist beispielhaft durch die Pfeile dargestellt. Die als Kanäle ausgestalteten Verbindungsstellen 104 und 108 sind hier innerhalb der Montageplatte 161 ausgestaltet. Die Kanäle können aber auch in der linken Oberfläche der Montageplatte verlaufen, wenn die Montageplatte 161 mittels einer Flachdichtung gegen die Baukomponente abgedichtet verschraubt ist. Die Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 ist in dieser Darstellung in die Montageplatte 161 eingelassen. Die Montageplatte 161 kann allerdings auch als Gehäuse der Druckdifferenzsensoreinrichtung 102 ausgestaltet sein.
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Eine solche Vorrichtung wie in 6a und 6b gezeigt kann durch Verschraubung direkt an der Baukomponente des Kreislaufs (170 in 7) befestigt werden. Die Montage von Schläuchen wird eingespart und die Ein- und Ausflussstutzen können an der Vorrichtung 100 ausgebildet werden.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeuges 200 mit einem Kreislauf 170 der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 ausgestaltet ist. Die Vorrichtung (100) misst einen Differenzdruck zwischen zwei durchströmten Kreislaufabschnitten (112, 114 in 1 bis 6) und kommuniziert diese Messwerte an eine Steuereinheit 120. Das Steuergerät 120 kann dann aufgrund der Messwerte die Durchströmung des Kreislaufs 170 einstellen, beispielsweise über eine Pumpe. Ein Kreislauf 170 kann zum Beispiel ein Kühlmittelkreislauf 170 für Leistungselektronik in einem Kraftfahrzeug sein, das zum Beispiel einen elektrischen Antriebsstrang oder Teile eines elektrischen Antriebsstrangs umfasst. Die Baukomponente kann zum Beispiel ein Gleichspannungswandler und bzw. oder ein Ladegerät sein.
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Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind als weitere Erklärung der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Eine Kombination der Ausführungsbeispiele ist vorgesehen. Für genauen Umfang der Erfindung wird auf die folgenden Patentansprüche verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 102
- Druckdifferenzsensoreinrichtung
- 104, 108
- kommunizierende Verbindungen / Verbindungstellen
- 105, 107
- Zuleitung
- 106
- erster Druck
- 110
- zweiter Druck
- 112, 114
- durchströmter Kreislaufabschnitt
- 116
- Schlauch
- 120
- Steuereinheit
- 130
- Steckverbindung
- 132
- Federspange
- 134
- O-Ring
- 135
- Rippe
- 136
- Aufnahmesockel
- 138
- Einführstutzen
- 140
- Schelle
- 160
- Schrauben
- 161
- Montageplatte
- 164
- Baukomponente
- 166
- Bohrung
- 168
- Dichtung
- 170
- Kreislauf/Kreislaufsystem
- 200
- Kraftfahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019210030 A1 [0003]
- US 9638559 B1 [0004]
