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Die Erfindung betrifft ein System umfassend mehrere Komponenten zur Temperierung von zumindest einem Fahrzeugbauteil eines Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Abhängig vom Antriebstyp, insbesondere E-Fahrzeug, Hybrid oder Verbrennungsmotor, und der Fahrzeugklasse und der Features nimmt die Anzahl an Fahrzeugbauteilen, wie Inverter, Antriebsmotor, Batterie, Innenraum usw. stark zu. Entsprechend nimmt auch Anzahl an Komponenten, die das System zur Temperierung der Fahrzeugbauteile benötigt zu. Jede Komponente wird über ein Paar von Steckverbindungselementen mit einem Steuergerät verbunden, das führt heute dazu, dass sich sehr lange Kabelbäume ergeben. Das bedeutet für den Fahrzeughersteller ein erhöhter Verkabelungsaufwand. Alternativ kommen Bussystem zum Einsatz, die wiederum sehr komplex sein müssen, damit sie nicht fehleranfällig sind. Ferner sind die bekannten Systeme meist wenig bis gar nicht skalierbar.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Systems, welches die zuvor genannten Probleme löst.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein System umfassend mehrere Komponenten zur Temperierung von zumindest einem Fahrzeugbauteil eines Fahrzeugs.
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Bei den Fahrzeugbauteilen handelt es sich insbesondere um E-Motor, Verbrennungsmotor, Inverter, Zentralsteuergerät, Navigationssteuergerät, Steuergerät für autonomes Fahren, Wärmetauscher zum Temperieren des Innenraums, Energieversorgung, vorzugsweise Antriebsbatterie oder Batterie oder Brennstoffzelle usw. Insbesondere handelt es bei den hier bezeichneten Fahrzeugbauteile um Bauteile, welche einen erhöhten Kühl- oder Wärmebedarf besitzen.
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Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug, aber auch um ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor oder einer Bren nstoffzel le.
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Das Fahrzeug weist zumindest ein Zentralsteuergerät auf. Das System selbst umfasse ein Thermalsteuergerät. Das System kann als Thermalsystem bezeichnet werden. Das Thermalsteuergerät weist ein erstes Steckverbindungselement auf. Das erste Steckverbindungselement ist insbesondere als ein Steckelement oder eine Steckdose ausgebildet. Das erste Steckverbindungselement ist im montierten Zustand mit dem Zentralsteuergerät verbunden. Das erste Steckverbindungselement ist zum Verbinden mit dem Zentralsteuergerät ausgebildet. Das Zentralsteuergerät weist ein korrespondierend ausgebildetes Steckverbindungselement auf.
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Das Steckverbindungselement kann insbesondere als Streckelement, vorzugsweise Stecker oder Einbaustecker, oder als Steckdose, insbesondere als Kupplung oder Buchse ausgebildet sein. Das Steckverbindungselement dient zum Verbinden von zumindest einer elektrischen Leitung oder optischen Leitung. Das Steckverbindungselement kann mit einem als Gegenstück wirkenden Steckverbindungselement eine Verbindung herstellen. Die Verbindung ist insbesondere kraftschlüssig oder formschlüssig.
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Das Thermalsteuergerät umfasst zumindest zwei zweite Steckverbindungselemente. Die zweiten Steckverbindungselemente sind ebenfalls als Steckelemente oder Steckdosen, ausgebildet.
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Die zweiten Steckverbindungselemente sind jeweils mit einem, insbesondere korrespondierend ausgebildeten dritten Steckverbindungselement verbindbar. Eine zweite und eine dritte Steckverbindung kann ineinander eingesteckt werden und so eine elektrische und/oder optische Verbindung herstellen. Ein drittes Steckverbindungselement ist als Gegenstück zu einem zweiten Steckverbindungselement ausgebildet. Ein zweites Steckverbindungselement ist als Gegenstück zu einem dritten Steckverbindungselement ausgebildet.
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Die zweiten Steckverbindungselemente sind ausgebildet und eingerichtet um Ansteuersignal und/oder elektrische Versorgungsenergie zu übertragen.
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Vorteilhaft ist, dass ein Kommunikationssteuergerät ausgebildet ist. Das Kommunikationssteuergerät weist ein drittes Steckverbindungselement zum Verbinden mit einem zweiten Steckverbindungselement auf. Das dritte Steckverbindungselement ist insbesondere als Steckelement oder Steckdose ausgebildet. Das Kommunikationssteuergerät weist zumindest zwei zweite Steckverbindungselemente aufweist. Vorteilhaft erfasste das Kommunikationssteuergerät über das dritte Steckverbindungselement empfangene Ansteuersignale. In Abhängigkeit von den erfassten Ansteuersignalen stellt es über zumindest ein zweites Steckverbindungselement Ansteuersignale bereit. Es ergibt sich eine vorteilhafte Vereinfachung des Aufbaus.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung ist, dass das Thermalsteuergerät und das Kommunikationssteuergerät, jeweils ausgebildet ist, Sensordaten und/oder Rückmeldungen von einer Komponente zu empfangen und zu verarbeiten oder weiterzuleiten. Die Sensordaten und Rückmeldungen können von einer Komponente bereitgestellt werden. Die Komponente muss jedoch nicht direkt über eine Steckverbindung mit dem Kommunikationssteuergerät verbunden sein.
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Vorzugsweise kann ein oder mehrere Kommunikationssteuergeräte dazwischen geschalten werden. Sind ein oder mehrere Kommunikationssteuergeräte dazwischen geschalten, so spricht man von einer indirekten Verbindung.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass das Thermalsteuergerät ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer Sollwertvorgabe Ansteuersignale für die einzelnen Komponenten des Systems zu ermitteln und an zumindest eine Komponente zu senden. Ermitteln wird hierbei auch als Erzeugen oder Generieren verstanden. Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln in Abhängigkeit von Sensordaten und/oder Rückmeldungen einzelner oder mehrere Komponenten oder Sensoren. Das Thermalsteuergerät sendet beispielsweise die ermittelten Ansteuersignale für die einzelnen Komponenten des Systems an diese Komponente.
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Als eine vorteilhafte Weiterbildung wird angesehen, dass das Kommunikationssteuergerät ausgebildet ist, über sein drittes Steckverbindungselement Ansteuersignale zu erfassen, insbesondere zu empfangen. Vorteilhaft erzeugt das Kommunikationssteuergerät in Abhängigkeit von einem erfassten, insbesondere empfangenen, Ansteuersignal, wenn dieses einer direkt oder indirekt verbundenen Komponente zuordbar sind, ein Ansteuersignal. Das Kommunikationssteuergerät sendet das erzeugte Ansteuersignal über das der Komponente zugeordnete zweite Steckverbindungselement, vorzugsweise an die Komponente. Alternativ oder zusätzlich leitet das Kommunikationssteuergerät ein erfasstes und einer Komponente zugeordnetes Ansteuersignal über das der Komponente zugeordnete zweite Steckverbindungselement weiter. Vorteilhaft ist, dass der Kommunikationsumfang so geringer gehalten werden kann. Dennoch werden bei den Kommunikationssteuergeräten keine größeren Rechenleistungen benötigt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass das Kommunikationssteuergerät ein viertes Steckverbindungselement, insbesondere ein Steckelement oder eine Steckdose, aufweist. Das vierte Steckverbindungselement ist mit einer Energieversorgung des Fahrzeugs verbindbar. Das Kommunikationssteuergerät kann die von der Energieversorgung bereitgestellte Energie über die zweiten Verbindungelemente den Komponenten oder weiteren Kommunikationssteuergeräten bereitstellen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Thermalsteuergerät ein viertes Steckverbindungselement, insbesondere ein Steckelement oder eine Steckdose, aufweist. Das vierte Steckverbindungselement ist mit einer Energieversorgung des Fahrzeugs verbindbar. Das Thermalsteuergerät kann die von der Energieversorgung bereitgestellte Energie über die zweiten Verbindungelemente den Komponenten, einem oder mehreren Kommunikationssteuergeräten bereitstellen.
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Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System.
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In 1 ist ein Fahrzeug 10 dargestellt. Das Fahrzeug 10 weist ein System 100 zur Temperierung, also zum Kühlen oder Erwärmen, von mindestens einem Fahrzeugbauteil 20 auf. Das Fahrzeugbauteil 20 ist insbesondere ein Verbrennungsmotor, ein elektrisch Antriebsmotor, ein Inverter, eine elektrische Antriebsbatterie, eine Brennstoffzelle oder ein Fahrgastinnenraum. Es kann aber auch ein Wärmetauscher zum Erwärmen des Innenraums oder der Innenraum sein. Auch kann die Energieversorgung 50 das Fahrzeugbauteil sein.
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Das System 100 weist mehrere Komponenten 112, 114, 116, 118 auf.
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In 1 ist beispielhaft ein vereinfachter Kühlmittelkreislauf 120, der Teil des Systems 100 ist, dargestellt. Der Kühlmittelkreislauf 120 umfasst mehrere Komponenten, beispielhaft einen ersten Wärmetauscher 112, ein Ventil 114 einen zweiten Wärmetauscher 116 und eine Fluidpumpe 118.
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An dem ersten Wärmetauscher 112 ist beispielhaft eine Lüfteranordnung 114 angeordnet. Die Lüfteranordnung 114 erzeugt einen Luftstrom durch den ersten Wärmetauscher 112. Der Luftstrom durch den ersten Wärmetauscher 112 führt abhängig von der Umgebungstemperatur zu einer Erwärmung oder Abkühlung eines im Kühlmittelkreislauf 120 strömenden Kühlmittels im Wärmetauscher 112.
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Die einzelnen Komponenten 112-118 des Kühlmittelkreislaufes 120 sind über Fluidleitungen miteinander verbunden. Innerhalb der Fluidleitungen ist ein Fluid ausgebildet, welches zwischen den einzelnen Komponenten 112-118 strömen kann. Bei dem Fluid handelt es sich insbesondere um ein Kühlmittel.
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Alternativ oder zusätzlich weist das System 100 einen Kältemittelkreislauf auf. Der Kältemittelkreislauf ist nicht dargestellt. Der Kältemittelkreislauf umfasst mehrere Komponenten insbesondere einen Kompressor oder einen Verdichter, ein Expansionsventil, einen Verflüssiger und einen Verdampfer. Hierbei wären der Kompressor, das Expansionsventil, der Verflüssiger und der Verdampfer Komponenten.
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Der Verflüssiger ist in Strömungsrichtung gesehen zwischen dem Verdichter und dem Expansionsventil angeordnet. Der Verdampfer ist in Strömungsrichtung betrachtet zwischen dem Expansionsventil und dem Verdichter angeordnet. Der Verdichter, dass Expansionsventil, der Verflüssiger und der Verdampfer sind mittels Fluidleitungen miteinander verbunden. In dem Kältemittelkreislauf zirkuliert ein Kältemittel.
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Vorzugsweise kann ein Fahrzeug 10 auch mehrere Kühlmittelkreisläufe 120 und mehrere Kältemittelkreisläufe aufweisen. Auch kann ein Kältemittelkreislauf und ein Kühlmittelkreislauf 120 zusammenwirken. Hierzu sind insbesondere die Komponenten miteinander verbunden. Insbesondere wirkt ein Wärmetauscher 112, 116 des Kühlmittelkreises mit einem Verflüssiger oder Verdampfer zusammen. An dem Verflüssiger wird Wärme an den Wärmetauscher und damit den Kühlkreislauf abgegeben. An dem Verdampfer wird Wärme von dem Wärmetaucher und damit dem Kühlmittel von den Kältemittelkreislauf aufgenommen.
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Das erfindungsgemäße System 100 ermöglicht ein Ansteuern jeder einzelnen Komponente 110. Hierbei müssen nicht alle Ansteuersignale über einen Bus gesendet werden.
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Ferner weist das Kraftfahrzeug 10 ein Zentralsteuergerät 30 auf. Das Zentralsteuergerät 30 gibt insbesondere eine Sollwertvorgabe für das System 100 vor. Eine solche Sollwertvorgabe kann insbesondere ein Volumenstrom durch den Kühlmittelkreis 120 darstellen. Die Vorgabe kann aber auch sein, dass die Temperatur eines Fahrzeugbauteils 20 „erhöht“ oder „gesenkt“ werden soll. Auch kann eine Solltemperatur für ein Fahrzeugbauteil vorgegeben werden.
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Das Thermalsteuergerät 130 ermittelt anhand der empfangenen Sollwertvorgabe die Ansteuerung der einzelnen Komponenten 112-118 des Systems 100 zur Temperierung der Fahrzeugbauteile 20. Die zur Ansteuerung benötigen Ansteuersignale sendet es dann an die jeweilige Komponente 112-118.
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Zum Empfangen der Sollwertvorgabe weist das Thermalsteuergerät 130 ein erstes Steckverbindungselement 140 auf. Das erste Steckverbindungselement 140 ist als Steckelement oder als Steckdose ausgebildet. Es erlaubt die mechanische Herstellung einer elektrischen Verbindung.
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Unter Steckverbindungselemente 14, 150, 150`, 160` und 160` werden Steckelemente oder Steckdosen verstanden. Diese sind jeweils derart ausgebildet, dass mittels eines Formschlusses oder eines Kraftschlusses eine mechanische und/oder elektrische und/oder optische Verbindung hergestellt werden kann. Die Steckverbindungselemente sind zueinander korrespondierend ausgebildet. Insbesondere sind hierzu zwei Steckverbindungen korrespondierend, also eine als Steckelement und die andere als Steckdose ausgebildet.
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Ferner weist das Thermalsteuergerät 130 zumindest zwei zweite Steckverbindungselemente 150 auf. Die zweiten Steckverbindungselemente 150 sind entweder als Steckelement oder als Steckdose ausgebildet. Die zweiten Steckverbindungselemente 150 erlauben ein mechanisches Herstellen, insbesondere mittels Kraftschluss oder Formschluss, zumindest einer elektrischen Verbindung.
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Die Komponenten 112-118 weisen ein drittes Steckverbindungselement 160 auf. Das dritte Steckverbindungselement 160 ist korrespondierend zu dem zweiten Steckverbindungselement 150, 150` ausgebildet. Ist insbesondere das zweite Steckverbindungselement 150 als Steckelement ausgebildet, so ist das dritte Steckverbindungselement 160 als Steckdose ausgebildet. Ist insbesondere das zweite Steckverbindungselement als Steckdose ausgebildet, so ist das dritte Steckverbindungselement 160 als Steckelement ausgebildet. Das zweite Steckverbindungselement bildet das Gegenstück zu dem dritten Steckverbindungselement und umgekehrt.
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Durch das Einstecken des als Steckelement ausgebildete Steckverbindungselement in das als Steckdose ausgebildete Steckverbindungselement wird eine elektrische und/oder optische Verbindung hergestellt.
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Vorzugsweise werden mehrere elektrische Verbindungen hergestellt. Das Herstellen der elektrischen Verbindung ermöglichen das Übertragen der Ansteuersignale und/oder die Bereitstellung von elektrischer Energie.
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Vorzugsweise weist das Thermalsteuergerät 130 ein viertes Steckverbindungselement 170 auf. Das vierte Steckverbindungselement 170 ist insbesondere als Steckelement oder als Steckdose ausgebildet. Über das vierte Steckverbindungselement 170 kann das Thermalsteuergerät 130 mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Energie wird insbesondere von einer Energieversorgung 50, vorzugsweise einer Batterie, bereitgestellt.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Thermalsteuergerät 130 die über das vierte Steckverbindungselement 170 empfangene elektrische Energie den am zweiten Steckverbindungselement 150 angeschlossenen Komponenten 112-118 mit Energie versorgen.
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Ferner ist ein Kommunikationssteuergerät 180 ausgebildet. Das Kommunikationssteuergerät 180 weist ein drittes Steckverbindungselement 160` auf. Das dritte Steckverbindungselement 160` ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es mit einem zweiten Steckverbindungselemente 150 zusammenwirken kann. Vorzugsweise ist das dritte Steckverbindungselement 160` des Kommunikationssteuergerät 180 und das dritte Steckverbindungselement 160 einer Komponente 112-118 identisch ausgebildet.
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Ferner weist das Kommunikationssteuergerät 180 zumindest zwei zweite Steckverbindungselemente 150` auf. Die zweiten Steckverbindungselemente 150` sind hierbei vorzugsweise identisch wie die zweiten Steckverbindungselemente 150 des Thermalsteuergeräts 130 ausgebildet. Vorzugsweise können über die zweiten Steckverbindungselemente 150` des Kommunikationssteuergerät 180 eine Verbindung mit einer Komponente 112-118 hergestellt werden.
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In 1 ist beispielhaft die Komponente 112 mittels deren dritten Steckverbindungselement 160 mit einem der zweiten Steckverbindungselemente 150 des Thermalsteuergeräts 130 elektrisch und mechanisch verbunden.
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Ein Kommunikationssteuergerät 180 ist über dessen dritten Steckverbindungselement 160` mit einem zweiten Steckverbindungselement 150 des Thermalsteuergeräts 130 verbunden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Kommunikationssteuergerät 180 sein drittes Steckverbindungselement 160` mit einem zweiten Steckverbindungselement 150` eines Kommunikationssteuergerät 180 verbunden sein.
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Die Komponente 118 ist mittels deren dritten Steckverbindungselement 160 mit einem der zweiten Steckverbindungselemente 150` des Kommunikationssteuergeräts 180 verbunden. Die Komponente 114 ist mittels deren dritten Steckverbindungselement 160 mit einem der zweiten Steckverbindungselemente 150` des Kommunikationssteuergerät 180 verbunden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann an einem, mehreren oder allen zweiten Steckverbindungselementen 150` des Kommunikationssteuergeräts 180 jeweils ein weiteres Kommunikationssteuergerät 180` verbunden sein. Insbesondere kann so eine hierarchische Struktur erzeugt werden. Vorzugsweise ist ein modularer Aufbau möglich.
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Das Kommunikationssteuergerät 180 ist ausgebildet Ansteuersignale über sein drittes Steckverbindungselement 160` zu empfangen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform leitet es die empfangenen Ansteuersignale an die zweiten Steckverbindungselemente 150` und die damit verbundenen Komponenten 114, 118 oder weiteren Kommunikationssteuergeräte 180` weiter.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform leitet es die empfangenen Ansteuersignale jeweils nur an die zweiten Steckverbindungselemente 150` weiter, an der die Komponente verbunden ist, die mit diesem Ansteuersignal anzusteuern ist. Beispielsweise werden die Ansteuersignale zur Ansteuerung der Komponente 118 an das hier links eingezeichnete zweite Steckverbindungselement 150` weitergleitet. Beispielsweise werden keine Ansteuersignale zur Ansteuerung der Komponente 118 an das hier rechts eingezeichnete zweite Steckverbindungselement 150` weitergleitet.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform ermittelt das Kommunikationssteuergerät 180 anhand dem empfangenen Ansteuersignal die Ansteuerung der an ihm angeordneten Komponenten, insbesondere selbstständig. Die erfassten Ansteuersignale entsprechen dann insbesondere Sollwertvorgaben. Anhand dieser Sollwertvorgaben wird die Ansteuerung der direkt und indirekt verbundenen Komponenten ermittelt. Es werden entsprechend Ansteuersignale erzeugt. Vorzugsweise wird hierdurch die Intelligenz verteilt.
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Vorzugsweise können die Ausführungsformen insbesondere die erste und die dritte, sowie die zweite und die dritte miteinander kombiniert werden. Die Ausführungsformen können gleichzeitig in zum Einsatz kommen. Auch kann abhängig von dem erfassten Ansteuersignal und/oder der zu steuernden Komponente zwischen den Ausführungsformen unterschieden werden.
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Beispielhaft würde gemäß 1, dass dem Kommunikationssteuergerät, übergeordnete Steuergerät, welches hier beispielhaft das Thermalsteuergerät 130 ist, lediglich eine Sollwertvorgabe beispielsweise für den Volumenstrom des Kühlmittelkreislaufes 120 als Ansteuersignal senden. Entsprechend würde das Kommunikationssteuergerät 180 aus dem Sollwertvorgabe des Ansteuersignals die Ansteuersignale ermitteln, insbesondere erzeugen und an die jeweiligen Komponenten 114, 118 senden. Es würde somit ein Ansteuersignal erzeugen, welches die Pumpenleistung und/oder die Ventilöffnung derart ändert, dass die Sollwertvorgabe, insbesondere der vorgegebene Volumenstrom, erreicht werden kann, bzw. erreicht wird.
