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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Schmiervorrichtung zum Schmieren des Verbrennungsmotors mit einem Öl, wobei die Schmiervorrichtung einen Wärmespeicher umfasst.
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Im Stand der Technik ist aus der
DE 102011005496 A1 ein Schmierungssystem für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Schmieren des Verbrennungsmotors bekannt. Das Schmierungssystem umfasst einen Kühler zum Kühlen des Schmiermittels, einen stromaufwärts des Motors angeordneten Wärmespeicher zum Aufwärmen des Schmiermittels, der parallel zu dem Kühler geschaltet ist, und ein Ventil zum Umschalten des Schmiermittelkreislaufs zwischen Kühler und Wärmespeicher.
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Die
DE 102012110747 A1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einer Regenerationsvorrichtung zum Aufheizen eines Motoröls der Brennkraftmaschine, um Kraftstoffkomponenten aus dem Motoröl zu entfernen. Es ist vorgesehen, dass der Brennkraftmaschine ein Kühlwasserkreislauf zur Kühlung der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, wobei das Aufheizen des Motoröls mittels die Regenerationsvorrichtung durchströmenden Kühlwassers erfolgt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit verbesserter Schmiervorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor und eine Schmiervorrichtung zum Schmieren des Verbrennungsmotors mit einem Öl. Die Schmiervorrichtung weist einen Wärmespeicher mit einem Speichermedium zum Speichern von Wärmeenergie auf. Erfindungsgemäß umfasst der Wärmespeicher eine Heizvorrichtung zum Aufladen des Speichermediums oder des Öls mit Wärmeenergie.
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Das Aufwärmen des Öls sorgt für einen effizienteren und verschleißärmeren Lauf des Verbrennungsmotors. Mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist es vorteilhaft ermöglicht, den Wärmespeicher zusätzlich – nicht nur durch das Öl selbst – aufzuheizen, diese Wärmeenergie zu speichern und bei Bedarf zu verwenden. Zudem ist es hiermit ermöglicht, eine höhere Temperatur im Wärmespeicher zu erzielen als mit Wärmespeichern, die lediglich die Wärmeenergie des Öls selbst nutzen können.
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Mit der hier vorgestellten Ausgestaltung kann das Öl in zusätzlichen Situationen aufgewärmt werden, als bei passiven Wärmespeichern gemäß dem Stand der Technik. So kann das Öl auch nach einer langen Standzeit mittels der Heizvorrichtung schnell aufgewärmt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs umfasst die Heizvorrichtung einen Wärmetauscher, der ausgebildet ist, Wärmeenergie eines Arbeitsmediums an das Speichermedium oder an das Öl zu übertragen.
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Damit ist es vorteilhaft die Wärmeenergie des Arbeitsmediums zum Aufwärmen des Öls zu nutzen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist das Kraftfahrzeug ausgebildet, Wärmeenergie einer Abwärme des Verbrennungsmotors an das Arbeitsmedium zu übertragen.
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Damit ist es vorteilhaft ermöglicht, die Abwärme des Verbrennungsmotors als Wärmequelle zu nutzen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist das Kraftfahrzeug in der Weise ausgebildet, dass die Abwärme einem Abgasstrang des Kraftfahrzeugs entnehmbar ist. Alternativ kann das Arbeitsmedium ein Abgas des Verbrennungsmotors sein.
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Das Abgas und damit auch der Abgasstrang weisen rasch nach dem Start des Verbrennungsmotors eine hohe Wärmeenergie auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist das Kraftfahrzeug in der Weise ausgebildet, dass die Abwärme einem Verbrennungsmotorkühlsystem des Kraftfahrzeugs entnehmbar ist. Das Arbeitsmedium ist hierbei bevorzugt ein Kühlmittel des Verbrennungsmotorkühlsystems.
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Damit ist die vorliegende Ausgestaltung in einfacher Weise in bekannte Konstruktionen zu integrieren, da es üblich ist, dass der Verbrennungsmotor über ein mit Kühlmittel arbeitendes Kühlsystem verfügt.
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Als Alternative zum Wärmetauscher oder zusätzlich zum Wärmetauscher kann die Heizvorrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ein elektrisches Heizelement umfassen.
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Damit ist es vorteilhaft ermöglicht das Öl unabhängig vom Status des Verbrennungsmotors und des Abwärmeaufkommens aufzuwärmen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug in der Weise ausgebildet, Bremsrekuperation zu betreiben und das Heizelement mit der durch die Bremsrekuperation gewonnenen elektrischen Energie zu betreiben.
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Zum Betreiben des Heizelements muss dadurch keine zusätzliche Energie aufgewendet werden.
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Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung und den Abbildungen ersichtlich. Die Erfindung wird anhand der Abbildungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer ersten beispielhaften Ausgestaltung;
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2 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer zweiten beispielhaften Ausgestaltung;
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3 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer dritten beispielhaften Ausgestaltung; und
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4 ein Betriebsverfahren in einer beispielhaften Ausführung.
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In den 1 bis 3 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in jeweils einer lediglich beispielhaften Ausgestaltung schematisch dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 11, der bevorzugt ein Hubkolbenmotor ist und der einen Motorblock 12 mit zumindest einem Zylinder 13 aufweist. Zum Ableiten von Abgas verfügt das Kraftfahrzeug 10, wie es üblich ist, über einen hier nicht dargestellten Abgasstrang. Ferner verfügt das Kraftfahrzeug 10, wie es ebenfalls üblich ist, über ein nicht dargestelltes Verbrennungsmotorkühlsystem zum Kühlen des Verbrennungsmotors 11 mittels eines Kühlmittels.
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Wie es bei derartigen Verbrennungsmotoren 11 üblich ist, bedarf dieser einer Schmierung. Hierzu umfasst das Kraftfahrzeug 10 eine Schmiervorrichtung 29, die ausgebildet ist, den Verbrennungsmotor 11 mit Öl 16 zu versorgen. Öl 16 im Sinne dieser Schrift sind sämtliche geeignete Schmiermittel. Das Öl 16 dient einer Verringerung von Reibung innerhalb des Verbrennungsmotors 11 und besitzt neben dieser Schmierfunktion eine Temperierungsfunktion.
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Die Schmiervorrichtung 29 bildet einen Kreislauf für das Öl 16 aus. Die Schmiervorrichtung 29 umfasst insbesondere eine Ölpumpe 15, die ausgebildet ist, das Öl 16 zu befördern. Die Schmiervorrichtung 29 umfasst insbesondere einen Hauptölkanal 17, der ausgebildet ist, das Öl 16 zu den Zylindern 13 zu leiten. Der Hauptölkanal 17 bildet einen Zulauf zu den Zylindern 13. Der Verbrennungsmotor 11 verfügt über eine unterhalb des Motorblocks 12 angeordnete Ölwanne 14, die dazu ausgebildet ist, das bei den Zylindern 13 verwendete Öl 16 zu sammeln. Aus der Ölwanne 14 heraus führt eine Hauptzulaufleitung 32 zu einem Steuerventil 21.
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Das Steuerventil 21 ist ausgebildet, das Öl 16 durch eine Ölkühlerschleife 30 und/oder durch eine Wärmespeicherschleife 31 zu leiten. Bevorzugt ist das Steuerventil 21 ausgebildet, das Öl 16 entweder durch die Ölkühlerschleife 30 oder durch die Wärmespeicherschleife 31 zu leiten. Die Schmiervorrichtung 29 weist bevorzugt zwei Schleifen 30, 31 auf, die Ölkühlerschleife 30 und die Wärmespeicherschleife 31.
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Die Ölkühlerschleife 30 umfasst einen Ölkühlerzulauf 19, einen Ölkühler 18 und einen Ölkühlerrücklauf 20. Der Ölkühlerzulauf 19 führt vom Steuerventil 21 zum Ölkühler 18. Der Ölkühlerrücklauf 20 führt vom Ölkühler 18 zum Hauptölkanal 17. Der Ölkühler 18 ist beispielsweise ein von Luft umströmter Kühler und dazu ausgebildet, dem Öl 16 Wärmeenergie zu entziehen und diese an die umströmende Luft abzugeben. Es ist auch möglich, dass der Ölkühler 18 als ein Wasser-Ölwärmetauscher ausgeführt ist. Der Ölkühler 18 ist dabei insbesondere in den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors 11 integriert.
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Die Wärmespeicherschleife 31 umfasst einen Wärmespeicherzulauf 23, einen Wärmespeicher 22 und einen Wärmespeicherrücklauf 24. Der Wärmespeicherzulauf 23 führt vom Steuerventil 21 zum Wärmespeicher 22. Der Wärmespeicherrücklauf 24 führt vom Wärmespeicher 22 zum Hauptölkanal 17. Der Wärmespeicher 22 ist damit bevorzugt direkt vor dem Verbrennungsmotor 11 angeordnet. Der Wärmespeicher 22 ist ausgebildet, Öl 16 zu bevorraten und Wärmeenergie zu speichern. Hierzu weist der Wärmespeicher 22 insbesondere ein Speichermedium auf. Der Wärmespeicher 22 weist zudem bevorzugt eine thermische Isolierung auf, die den Wärmespeicher 22 gegenüber seiner Umgebung thermisch isoliert. Der Wärmespeicher 22 ist ausgebildet, einen thermischen Kontakt zwischen dem ihn durchströmenden Öl 16 und dem Speichermedium bereitzustellen und im Speichermedium gespeicherte Wärmeenergie an das Öl 16 abzugeben, sofern der Wärmeenergiegehalt im Speichermedium höher als im Öl 16 ist. Ist der Wärmeenergiegehalt im Öl 16 höher als im Speichermedium, so wird Wärmeenergie von dem Öl 16 auf das Speichermedium übertragen. Auf diese Weise ist der Wärmespeicher 22 aufladbar.
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Erfindungsgemäß weist der Wärmespeicher 22 zusätzlich eine Heizvorrichtung 28 auf. Die Heizvorrichtung 28 ist ausgebildet Zusatzenergie 25 in den Wärmespeicher 22 einzubringen und dem Speichermedium und/oder dem im Wärmespeicher 22 befindlichen Öl 16 Wärmeenergie zuzuführen. Das Kraftfahrzeug 10 ist hierbei insbesondere in der Weise ausgebildet, die Zusatzenergie 25 durch Energierückgewinnung zu erzeugen.
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Die Heizvorrichtung 28 umfasst insbesondere einen Wärmetauscher 26. In dieser Ausführung ist der Wärmespeicher in der 1 dargestellt. Der Wärmetauscher 26 ist ausgebildet, Wärmeenergie eines Arbeitsmediums an das Speichermedium oder an das Öl 16 zu übertragen. Die Wärmeenergie des Arbeitsmediums bildet hierbei die Zusatzenergie 25. Das Kraftfahrzeug 10 ist hierbei bevorzugt ausgebildet, Energierückgewinnung in der Weise zu betreiben, dass dem Arbeitsmedium Wärmeenergie aus einer Abwärme des Verbrennungsmotors 11 zugeführt wird. Die Abwärme ist dabei beispielsweise am Verbrennungsmotor 11 und/oder an dem Abgasstrang des Kraftfahrzeugs 10 und/oder an dem Verbrennungsmotorkühlsystem des Kraftfahrzeugs 10 entnehmbar. Es ist auch möglich, dass ein Abgas des Verbrennungsmotors 11 das Arbeitsmedium selbst bildet. Ferner ist es möglich, dass ein Kühlmittel des Verbrennungsmotorkühlsystems das Arbeitsmedium bildet.
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Alternativ oder zusätzlich zu dem Wärmetauscher 26 umfasst die Heizvorrichtung 28 ein Heizelement 27, das ein elektrisches Heizelement ist. In der 2 ist die alternative Ausgestaltung des Wärmespeichers 22 mit Heizelement 27 und ohne Wärmetauscher 28 und in der 3 ist die kombinierte Anordnung des Wärmespeichers 22 mit Heizelement 27 und mit Wärmetauscher 28 dargestellt. Das Heizelement 27 ist mit elektrischer Energie betreibbar, die hier die Zusatzenergie 25 bildet. Das Kraftfahrzeug 10 ist bevorzugt in der Weise ausgebildet, Bremsrekuperation als Energierückgewinnung zu betreiben und das Heizelement 27 mit der durch die Bremsrekuperation gewonnenen elektrischen Energie zu betreiben.
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In der 4 ist ein Betriebsverfahren 40 dargestellt, zu dessen Ausführung das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 ausgebildet ist. Das Betriebsverfahren 40 ist in einer lediglich beispielhaften Ausführung schematisch von einem Start 41 bis zu einem Ende 47 dargestellt.
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Bei dem Betriebsverfahren 40 wird dem Öl 16 in einem Aufwärmbetrieb 45 in der Weise Wärmeenergie zugeführt, dass das Öl 16 durch den Wärmespeicher 22 geleitet wird und in dem Wärmespeicher 22 bereitgestellte Wärmeenergie an das Öl 16 übertragen wird. Die in dem Wärmespeicher 22 bereitgestellte Wärmeenergie wird in einem Heizbetrieb 42 durch einen Betrieb der Heizvorrichtung 28 erzeugt. Der Heizbetrieb 42 kann zeitlich vor dem Aufwärmbetrieb 45 und/oder gleichzeitig mit dem Aufwärmbetrieb 45 erfolgen. Die Heizvorrichtung 28 wird in dem Heizbetrieb 42 insbesondere mit durch Energierückgewinnung erzeugter Zusatzenergie 25 betrieben.
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Wie in der Beschreibung zum erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 10 zuvor ausgeführt, umfasst die Heizvorrichtung 28 zumindest ein Heizelement 27 und/oder einen Wärmetauscher 26. In dem Heizbetrieb 42 wird mithin das Heizelement 27 mit elektrischer Energie betrieben und/oder der Wärmetauscher 26 wird von dem Arbeitsmedium durchströmt. Die elektrische Energie zum Betrieb des Heizelements 27 wird bevorzugt in einer Bremsrekuperation gewonnen und insbesondere dann verwendet, wenn keine Speicherkapazität zur Speicherung der elektrischen Energie zur Verfügung steht, mithin wenn ein Akkumulator des Kraftfahrzeugs 11 komplett aufgeladen ist. Dem Arbeitsmedium wird vor dem Durchleiten durch den Wärmetauscher 26 insbesondere aus Abwärme des Verbrennungsmotors 11 Wärmeenergie zugeführt. Die Abwärme wird insbesondere an dem Abgasstrang des Kraftfahrzeugs 10 abgenommen. Es ist zudem möglich, dass das Abgas selbst als Arbeitsmedium verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Abwärme an dem Verbrennungsmotorkühlsystem des Kraftfahrzeugs 10 abzunehmen. Hierbei wird insbesondere das Kühlmittel des Verbrennungsmotorkühlsystems als Arbeitsmedium verwendet.
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Der Aufwärmbetrieb 45 kann standardmäßig, beispielsweise nach jedem Verbrennungsmotorstart, oder unter einer Voraussetzung durchgeführt werden. So kann in einer Ermittlung 43 ein Parameter ermittelt werden und dieser in einer Prüfung 44 mit einem vordefinierten Wert oder Wertebereich abgeglichen werden und der Aufwärmbetrieb 45 unter der Voraussetzung durchgeführt werden, dass in der Prüfung 44 festgestellt wird, dass der Parameter einen bestimmten Wert aufweist. Ist die Voraussetzung nicht erfüllt, wird ein Normalbetrieb 46 durchgeführt. Als Parameter kann dabei beispielsweise eine Öltemperatur in der Weise dienen, dass der Aufwärmbetrieb 45 dann vorgenommen wird, wenn die Öltemperatur einen vordefinierten Schwellwert unterschreitet. Auch die Motortemperatur kann betrachtet werden und der Aufwärmbetrieb 45 dann vorgenommen werden, wenn die Motortemperatur einen vordefinierten Schwellwert unterschreitet. Zur Ermittlung der Motortemperatur kann auch eine Kühlflüssigkeitstemperatur verwendet werden. Ferner kann eine Temperatur des Wärmespeichers betrachtet werden und der Aufwärmbetrieb 45 dann vorgenommen werden, wenn die Temperatur des Wärmespeichers einen vordefinierten Schwellwert überschreitet.
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Um den Aufwärmbetrieb 45 durchzuführen, wird das Steuerventil 21 betätigt und zumindest ein Teil des Öls 16 durch die Wärmespeicherschleife 31 geleitet. Für den Normalbetrieb 46 wird zumindest ein Teil des Öls 16 durch Betätigen des Steuerventils 21 durch die Ölkühlerschleife 30 geleitet. Es ist möglich, den Aufwärmbetrieb 45 mit einem Teil des Öls 16 durchzuführen und den Normalbetrieb 46 gleichzeitig mit einem anderen Teil des Öls 16 durchzuführen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
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Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elementen verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Verbrennungsmotor
- 12
- Motorblock
- 13
- Zylinder
- 14
- Ölwanne
- 15
- Ölpumpe
- 16
- Öl
- 17
- Hauptölkanal
- 18
- Ölkühler
- 19
- Ölkühlerzulauf
- 20
- Ölkühlerrücklauf
- 21
- Steuerventil
- 22
- Wärmespeicher
- 23
- Wärmespeicherzulauf
- 24
- Wärmespeicherrücklauf
- 25
- Zusatzenergie
- 26
- Wärmetauscher
- 27
- Heizelement
- 28
- Heizvorrichtung
- 29
- Schmiervorrichtung
- 30
- Ölkühlerschleife
- 31
- Wärmespeicherschleife
- 32
- Hauptzulaufleitung
- 40
- Betriebsverfahren
- 41
- Start
- 42
- Heizbetrieb
- 43
- Ermittlung
- 44
- Prüfung
- 45
- Aufwärmbetrieb
- 46
- Normalbetrieb
- 47
- Ende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011005496 A1 [0002]
- DE 102012110747 A1 [0003]
