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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung
des Luftdurchsatzes einer Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit für den Fahrgastraum
eines Kraftfahrzeugs.
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Der
Gegenstand der Erfindung ist genauer ein Verfahren zur Bestimmung
des Luftdurchsatzes einer Einheit, umfassend:
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- ein Haltegehäuse,
in dem zumindest ein Einlass für zu
behandelnde Luft und zumindest ein Auslass für die Emission der in der Einheit
behandelten Luft definiert sind, und
- ein im Haltegehäuse
angeordnetes und von einem Elektromotor angetriebenes Gebläse, um einen
Luftstrom zwischen dem zumindest einen Einlass und dem zumindest
einen Auslass hervorzurufen;
- Kraftfahrzeuge sind immer häufiger
mit einem Klimatisierungssystem, einschließlich einer Heiz-, Belüftungs-
und Klimatisierungseinheit, ausgestattet, welches – neben
dem Gebläse – typischerweise
Wärmetauscher
zum Kühlen
und/oder Erwärmen
der Luft, Rohre zum Hinführen
der Luft von außerhalb und/oder
innerhalb des Fahrgastraums zum Gebläse, Schieber zum Verändern des
Wegs der Luft durch die Einheit und ihrer Verteilung am Auslass
sowie Aktuatoren und Elektromotoren zum Steuern der Bewegung der
Schieber umfasst. Solche Einheiten sind an Rohre angeschlossen,
welche dazu bestimmt sind, die behandelte Luft zu den Austragsauslässen im Fahrgastraum
zu befördern,
welche typischerweise in ausrichtbarer Weise und mit einstellbaren Öffnungen
ausgebildet sind.
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Um
eine optimale Kontrolle des Klimas im Fahrgastraum eines mit einer
solchen Einheit ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu gestatten, ist
es wichtig, den Durchsatz der Luft, die durch eine solche Einheit in
den Fahrgastraum eingeleitet wird, bestimmen zu können.
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Im
Stand der Technik wird der durch eine solche Einheit in den Fahrgastraum
eingebrachte Luftdurchsatz mittels der sogenannten „Karosserie-Leckage"-Methode bestimmt:
wie hier äußerst kurz
dargestellt, wird mittels eines Luftdrucksensors im Fahrgastraum
jene Kurve abgeleitet, die den statischen Luftdruck als Funktion
des Luftdurchsatzes darstellt, und zwar mit Hilfe eines kalibrierten
Außengebläses, das
mit bekannter Geschwindigkeit Luft in den Fahrgastraum blast; diese
Luft strömt
durch ein Flanschrohr, das an einem Fenster des Fahrgastraums angekoppelt
ist, wobei der Anschlussflansch dieses Rohrs in abgedichteter Weise
mit der Öffnung
dieses Fensters verbunden ist.
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Bei
diesem bekannten Verfahren wird anschließend die charakteristische
Kurve des Gebläses der
Kraftfahrzeugeinheit diesmal ohne Verwendung eines Außengebläses abgeleitet.
Aus dem Schnittpunkt der so bestimmten Kurven kann ein Hinweis auf
den Luftdurchsatz der Einheit unter verschiedenen Betriebsbedingungen
abgeleitet werden.
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Das
obenstehend beschriebene bekannte Verfahren hat verschiedene Nachteile.
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Es
erfordert erstens ein Zurückgreifen
auf Luftdrucksensoren, die recht empfindlich und kostspielig sind.
Dann bedingt das Verfahren die Bestimmung dieser charakteristischen
Kurven für
jedes spezielle Kraftfahrzeugmodell.
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Überdies
ist die erhaltene „Karosserie-Leckage"-Kurve einzig und
allein für
das spezielle Kraftfahrzeug, für
das sie abgeleitet wurde, gültig,
sowie für
jene Konfiguration des Kraftfahrzeugs, die bei der Messung angewandt
wurde. Es kann jedoch der Fall sein, dass die Verschlüsse, Öffnungen
und Belüftungslöcher aufgrund
produktionbedingter Variationen bei ein und demselben Kraftfahrzeugmodell
von Fall zu Fall unterschiedlich sind. Außerdem kann es geschehen, dass
der Benutzer die „Leckage"-Bedingungen des
Fahrgastraums während
der Fahrt ändert,
beispielsweise indem er einfach ein oder mehrere Fenster des Fahrgastraums
in einem größeren oder
geringeren Ausmaß öffnet.
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Die
mittels der „Karosserie-Leckage"-Methode geschaffene
Messung wird ein für
allemal durchgeführt
und berücksichtigt
nicht die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Überdies erlaubt sie kein einfaches
Handhaben aller möglichen
Konfigurationen zur Verteilung der Luft im Fahrgastraum, welche
der Benutzer oder ein automatisches Klimatisierungssystem bei Gebrauch
auswählen
kann, noch berücksichtigt
sie die Auswirkungen einer teilweisen oder vollständigen Verstopfung
einer oder mehrerer Luftaustragsauslässe durch den Benutzer.
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Die
FR-A – 2
661 759 und die DE-A – 44
14 707 offenbaren als nächstliegenden
Stand der Technik ein Verfahren zur Bestimmung der Luftströmungscharakteristika
eines Motorgebläsesystems einer
HVAC-Einheit, bei dem die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors als
charakteristischer Parameter herangezogen wird.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren
bereitzustellen, welches die Bestimmung des Luftdurchsatzes einer
Heiz-, Belüftungs-
und Klimatisierungseinheit in einer Weise ermöglicht, so dass die obenstehend
beschriebenen Nachteile des Verfahrens nach dem Stand der Technik überwunden
werden.
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Diese
und andere Ziele werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren erreicht,
dessen hervorstechende Eigenschaften in den angeschlossenen Ansprüchen 1 und
4 definiert sind. Das durch die Erfindung vorgeschlagene Verfahren
beruht auf den spezifischen charakteristischen Eigenschaften einer Einheit,
und zwar unabhängig
vom Kraftfahrzeug, bei dem diese eingesetzt wird.
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Außerdem erfordert
dieses Verfahren keine besonders komplizierte oder sperrige Ausrüstung, da die
Ermittlung des Durchsatzes bei Verwendung kostengünstiger
Sensoren erzielbar und relativ wenig invasiv ist. Überdies
erlaubt es die Bestimmung des Durchsatzes in einer Art und Weise,
welche nicht an die Konfiguration der Einheit oder der Luftverteilungsauslässe in den
Fahrgastraum oder das Kraftfahrzeug im Allgemeinen gebunden ist
und unabhängig
von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ist.
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Weitere
charakteristische Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen
aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor, welche
rein anhand eines nicht einschränkend
gedachten Beispiels dargelegt ist, und zwar unter Bezugnahme auf
die angeschlossenen Zeichnungen, wobei:
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1 eine schematische Darstellung
einer Heiz-, Belüftungs-
und Klimatisierungseinheit ist, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren
zur Bestimmung des Luftdurchsatzes angewandt wird;
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2 und 3 zwei elektrische Diagramme sind, welche
Teile jener Vorrichtungen zeigen, die bei der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
Anwendung finden; und 4 ein
Diagramm ist, welches eine Reihe von charakteristischen Kurven zeigt,
die den durch das erfindungsgemäße Verfahren
bestimmten Luftdurchsatz einer Einheit ausdrücken.
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In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 im
Allgemeinen eine Heiz-, Belüftungs-
und Klimatisierungseinheit für
ein Kraftfahrzeug.
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Diese
Einheit umfasst eine Haltestruktur 2, in welcher erste
und zweite Einlässe 3, 4 für Luft,
die während
des Betriebs von außerhalb
bzw. innerhalb des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs ankommt, definiert
sind.
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Die
Haltestruktur oder das Haltegehäuse 2 der
Einheit 1 besitzt weiters eine Mehrzahl von Auslässen, wie
z.B. jene, die mit 5, 6 und 7 bezeichnet sind,
um in der Einheit behandelte Luft in den Fahrgastraum abzulassen.
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Bei
der beispielhaften und schematischen Ausführungsform, die dargestellt
ist, soll die Öffnung 5 einen
Luftstrom zur Innenseite der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs
leiten, soll die Öffnung 6 mit
einer Mehrzahl von Belüftungsauslässen in
mittlerer Höhe
des Fahrgastraums verbunden sein, während die Öffnung 7 einen Strom
von behandelter Luft in den unteren Bereich des Fahrgastraums leiten
soll.
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Den
Auslassöffnungen 5, 6 und 7 sind
entsprechende, mit 5a, 6a und 7a bezeichnete
Schieber zugeordnet, welche eine Steuerung des Luftstroms durch
die dazugehörigen Öffnungen
ermöglichen.
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Ein
weiterer Schieber 8a ermöglicht, dass der Einlass 3 für Außenluft
oder der Einlass 4 für
Innenluft selektiv mit einem definierten Bereich 9 innerhalb
des Haltegehäuses 2 verbunden
wird, in welchem Bereich ein elektrisches Gebläse 10 angeordnet ist,
das einen Blattrotor 11 und einen elektrischen Antriebsmotor 12 umfasst.
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Das
elektrische Gebläse 12 ist
bei Inbetriebnahme in der Lage, Luft durch die Einheit 1 strömen zu lassen,
und zwar vom Einlass 3 oder Einlass 4 zu einem
oder mehreren der Auslässe 5-7.
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Stromabwärts vom
elektrischen Gebläse 10 sind
innerhalb der Struktur oder des Gehäuses 2 erste und zweite,
mit 13 und 14 bezeichnete Wärmetauscher angeordnet.
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Der
Wärmetauscher 13 ist
zweckmäßigerweise
der Verdampfer einer Kühlanlage
eines an sich bekannten Typs.
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Der
Wärmetauscher 14 gehört zweckmäßigerweise
dem Flüssigkeits/Luft-Typ
an und ist in den Kühlflüssigkeitskreislauf
des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs eingeschaltet.
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Die
Bezugsziffer 17 bezeichnet in 1 einen
weiteren Schieber, dessen Position eine Steuerung des Ankoppelns
der Auslässe 5-7 am
Verdampfer 13 und am Heizgerät 14 ermöglicht.
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Erfindungsgemäß ist eine
Einheit 1 des obenstehend beschriebenen Typs zur Bestimmung ihrer
Luftströmungscharakteristika
in einer Messstation angeordnet und wird einer Reihe von Operationen unterzogen,
welche nunmehr beschrieben werden.
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Der
Schieber 8a wird dazu gebracht, sich in die in 1 dargestellte Position zu
bewegen, in welcher er den Einlass 4 für aus dem Inneren des Fahrgastraums
kommende Luft (Rezirkulationseinlass) völlig unterbricht.
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Am
anderen Einlass 3 der Einheit 1 ist ein kalibriertes
Durchsatzmessinstrument angeschlossen, wie z.B. jenes, das in 1 mit 20 bezeichnet
ist.
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Danach
wird der Motor 12 des Gebläses 10 mit einer Spannung
versorgt, die einen ersten bekannten Wert aufweist. Wenn dieser
Motor ein Gleichstrommotor ist, der dazu vorgesehen ist, bei normalem
Betrieb mit einer Gleichstromspannung versorgt zu werden, deren
Wert mittels eines Regelwiderstands einstellbar ist, so ist der
Motor 12 des Gebläses
in der Messstation in der in 2 dargestellten
Art und Weise an einer Gleichstromversorgungsquelle angeschlossen.
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In
dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 21 einen Gleichstromspannungsgenerator,
welcher über
einen Regelwiderstand 22, der mit einem beweglichen Cursor 23 versehen
ist, am Motor 12 des elektrischen Gebläses angekoppelt ist.
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Der
Motor 12 des elektrischen Gebläses wird zunächst mit
einer Gleichstromspannung versorgt, deren vorbestimmter Wert im
Bereich einer normalen Variation jener Spannung liegt, die bei normalem
Betrieb an Bord eines Kraftfahrzeugs an diesem Motor angelegt wird.
Als Beispiel hat der Motor 12 somit anfänglich eine Spannung angelegt,
welche mittels des Regelwiderstands 22 auf 6 Volt eingestellt
wird.
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Danach
wird beispielsweise mittels eines in 2 mit 24 bezeichneten
Ampere-meters der entsprechende, vom Motor 12 des elektrischen
Gebläses
verbrauchte Strom gemessen, und mit dem Instrument 20 wird
der durch die Einheit 1 strömende Luftdurchsatz in einer
Mehrzahl von Betriebszuständen
detektiert, in denen die Auslassöffnungen 5-7 der Einheit
zunächst
z.B. alle vollständig
offen sind, wonach zumindest eine davon teilweise geschlossen wird,
woraufhin zumindest eine davon vollständig geschlossen wird etc..
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In
jedem dieser Betriebszustände
wird der Wert der am Motor 12 des Gebläses angelegten Spannung an
der Messstation detektiert und gespeichert, ebenso wie der Wert
des entsprechenden, von diesem verbrauchten Stroms, ebenso wie der
Wert des durch das Durchsatzmessinstrument 20 angezeigten
Luftdurchsatzes.
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Die
so erhaltenen Sätze
von drei Werten (Durchsatz, Strom, Spannung) können jeweils durch einen Punkt
in einem kartesischen Diagramm, wie jenem, das in 4 gezeigt wird, dargestellt werden. In dieser
Figur sind die Werte des Luftdurchsatzes beispielsweise in m³/h entlang
der Y-Achse aufgetragen, während
der im Motor 12 des elektrischen Gebläses gemessene Stromwert beispielsweise
in amps entlang der X-Achse aufgetragen ist.
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Die
Sätze von
drei Werten, welche wie obenstehend beschrieben erhalten wurden,
stimmen beispielsweise mit den Punkten der in 4 mit A bezeichneten Kurve überein,
welche sich auf einen bestimmten, am Motor 12 des elektrischen
Gebläses angelegten
Versorgungsspannungswert beziehen, der z.B. 6 Volt entspricht.
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Zweckmäßigerweise
werden die zuvor beschriebenen Operationen danach an der Messstation wiederholt,
während
ein anderer Spannungsversorgungswert, der z.B. 8 Volt entspricht,
am Motor 12 des elektrischen Gebläses angelegt wird. Somit werden
neue Sätze
von drei Werten (Durchsatz, Strom, Spannung) erhalten, welche im
Diagramm der 4 mit jenen
Punkten übereinstimmen,
die in der dort mit dem Buchstaben B bezeichneten Kurve dargestellt sind.
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Anschließend ist
es dann in ähnlicher
Weise möglich,
die Punkte der in 4 mit
C, D und E bezeichneten Kurven zu erhalten, welche mit jenen Werten übereinstimmen,
die gemessen werden, während
am Motor des elektrischen Gebläses
eine Spannung angelegt wird, deren Wert 10 Volt, 12 Volt bzw. 14
Volt entspricht.
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Die
Kurven A-E der 4 stellen
die Durchsatzcharakteristika jener Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit 1 dar,
die einem Test unterzogen wird.
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Diese
Kurven können
durch an sich bekannte Interpolationsverfahren erhalten werden,
und zwar auf Basis der Koordinaten der mit den Messwerten übereinstimmenden
Punkte. Wenn andererseits der Elektromotor 12 des Gebläses der
Einheit bei normalem Betrieb mit einer Impulsspannung von fester
Frequenz und modulierter Dauer (Pulsbreiten-Modulation, PBM) versorgt werden soll
und daher seine Umdrehungsgeschwindigkeit während des Betriebs durch Variation
des Arbeitszyklus dieser Spannung einstellbar ist, so wird der Arbeitszyklus
dieser Spannung beispielsweise an der Messstation als jener Wert
detektiert, welcher die dem Motor zugeführte, durchschnittliche Spannung
angibt. In diesem Fall wird auch der im Motor fließende Strom
moduliert, und sein Mittelwert muss an der Messstation erhalten werden.
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Zu
diesem Zweck wird der Elektromotor 12 des elektrischen
Gebläses 10,
wie in 3 schematisch
dargestellt, in der Messstation an einem Spannungsimpulsgenerator 25 von
fester Frequenz und variablem Arbeitszyklus angekoppelt. Der entsprechende,
im Motor 12 fließende
Strom wird beispielsweise durch einen Halleffektsensor 26 detektiert,
welcher an sich einen Hinweis auf den durchschnittlichen Strom liefert.
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Indem
am Motor 12 des elektrischen Gebläses Spannungen mit unterschiedlichen
vorbestimmten Arbeitszykluswerten angelegt werden, werden in der
Messstation Mittelwerte des im Motor fließenden Stroms und mit dem Instrument 20 die übereinstimmenden
Werte des Luftdurchsatzes durch die Einheit 1 gemessen,
und zwar in verschiedenen Betriebszuständen, in denen die Auslässe aus
dieser Gruppe schrittweise verschlossen werden.
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Mit
den Sätzen
von drei Werten (Arbeitszyklus der Spannung, durchschnittlicher
Strom und Luftdurchsatz) ist es möglich, ein Diagramm zu erstellen, welches
jenem der 4 ähnlich ist,
in dem die verschiedenen Kurven mit den verschiedenen Arbeitszykluswerten
der zum Motor des elektrischen Gebläses gelieferten Spannung übereinstimmen.
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Im
Falle elektrischer Gebläse,
die mit einer variablen Arbeitszyklusspannung versorgt werden, ist
es möglich,
die Messungen an der Messstation mit verschiedenen Amplitudenwerten
der Versorgungsspannung zu wiederholen, um zu simulieren, was an Bord
eines Kraftfahrzeugs durch die Wirkung einer Veränderung der Versorgungsspannung
(Batteriespannung) geschieht. Für
jeden Amplitudenwert der Versorgungsspannung wird danach ein übereinstimmendes
Diagramm des in 4 dargestellten
Typs erhalten, oder vielmehr ein übereinstimmender Satz charakteristischer
Punkte, welche dann, wenn sie entsprechend gespeichert sind, eine
Bestimmung des Luftdurchsatzes der Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit bei normalem
Betrieb sogar nach einer Veränderung
der an Bord des Kraftfahrzeugs verfügbaren Versorgungsspannung
ermöglichen.
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Sobald
die Durchsatzcharakteristika einer speziellen An von Heiz-, Belüftungs-
und Klimatisierungseinheit detektiert sind, ermöglichen die Informationen,
welche auf deren Durchsatzcharakteristika hinweisen, egal ob diese
in Form von Daten oder grafisch gespeichert sind, die anschließende Bestimmung
des momentanen Luftdurchsatzes einer solchen Einheit an Bord eines
Kraftfahrzeugs während des
normalen Betriebs des Klimatisierungssystems im Fahrgastraum dieses
Kraftfahrzeugs.
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Zu
diesem Zweck ist das Klimatisierungssystem mit Speichervorrichtungen
versehen, in denen Indikative Werte der (durchschnittlichen) Spannung, des
(durchschnittlichen) Stroms und des Luftdurchsatzes, die zuvor bei
Durchführung
der obenstehend beschriebenen Verfahrensweise an einer Messstation
erhalten wurden, gespeichert sind. Das Klimatisierungssystem wird
danach dazu eingerichtet, die momentanen Werte der (durchschnittlichen)
Spannung, die am Gebläsemotor
der Einheit an Bord des Kraftfahrzeugs angelegt ist, sowie des durch
diesen Motor fließenden
durchschnittlichen Stroms zu erfassen. Auf Basis eines Vergleichs
dieser momentanen Messwerte mit jenen, die in der Speichervorrichtung gespeichert
sind, ist das Klimatisierungssystem in der Lage, den momentanen
Wert des Luftdurchsatzes der Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit zu
bestimmen.
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Diese
Informationen können
zweckmäßigerweise
für eine
bessere Handhabung der Bedienung der Einheit 1 zwecks Erzielung
einer verbesserten Klimatisierung herangezogen werden.