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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lüftungsvorrichtung zum Kühlen des Motorraums eines Fahrzeugs, des so genannten Antriebsstrangraums, wobei die Lüftung von der natürlichen Konvektion beeinflusst wird, die im Motorraum beim Erwärmen der Luft entsteht. Die Erfindung betrifft insbesondere das Kühlen eines geschlossenen Motorraums, der vom Kühlerpaket und Kühlergebläse des Fahrzeugs getrennt ist, wobei die Erfindung insbesondere schwerere Nutzfahrzeuge wie Busse mit am Heck montierten Motoren oder andere Fahrzeuge mit ähnlichen Motoreinhausungen betrifft. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein mit einer solchen Lüftungsvorrichtung ausgestattetes Fahrzeug.
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Technischer Hintergrund
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Mit Motoren mit hoher Leistung ausgestattete Fahrzeuge haben nicht selten Probleme mit dem Abführen von überschüssiger Wärme aus dem Motorraum im Betrieb. Bestimmte Teile der Motoren wie beispielsweise Turbolader, Abgaskrümmer usw. können sehr warm werden und andere Teile, die nahe dem Motor oder im Motorraum angeordnet sind, wie beispielsweise Gummiteile, Dichtungen, Stromleitungen usw. können mit der Zeit durch die hohen Temperaturen beschädigt werden. Insbesondere Busse mit am Heck montierten Motoren, bei denen der kühlende Fahrtwind nicht direkt zum Erzeugen eines Luftstroms durch den Motorraum oder das Kühlerpaket genutzt werden kann, haben üblicherweise Probleme mit hohen Temperaturen. Bei Fahrzeugen mit vorne montierten Motoren kann ein kühlender Luftstrom einfacher erzeugt werden und ist das Problem mit hohen Temperaturen im Motorraum nicht ebenso offensichtlich.
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Ein Problem besteht darin, dass, je größer der Lüftungseinlass ist, desto größere Probleme mit Schallemissionen vom Fahrzeug entstehen. Es gelten immer höhere Anforderungen an die Reduzierung von Schallemissionen. Wenn die Größe des Lufteinlasses verringert wird, erhält man Probleme durch eine schlechtere Kühlung, oder es müssen alternativ größere Gebläse mit einem höheren Energieverbrauch verwendet werden.
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Ein momentan häufig verwendetes Verfahren zum Kühlen eines Motorraums besteht darin, dass der Luft, die das Kühlgebläse von der Umgebung durch das Kühlerpaket ansaugt, auch das Passieren des Motorraums ermöglicht wird. Die Luft ist jedoch, wie leicht nachvollziehbar ist, bereits warm, da sie Energie vom Kühlmittel beim Passieren des Kühlers aufgenommen hat, und kühlt daher den Motorraum nicht ausreichend wirksam.
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Gemäß dem Stand der Technik sind auch andere Strategien zum Lüften eines Motorraums bekannt. Das am weitesten verbreitete Verfahren ist somit, dass das Kühlgebläse Umgebungsluft durch das Kühlerpaket einsaugt. Dies schafft einen Überdruck im Motorraum, der anschließend durch Öffnungen in der Karosserie entlüftet wird, üblicherweise über eine oder mehrere hoch angeordnete Auslassöffnungen oder Lüftungsgitter in der heckseitig angeordneten Motorklappe des Fahrzeugs. Natürlich ist es auch möglich, ein Gebläse anzuordnen, das stattdessen die Luft vom Motorraum durch das Kühlerpaket nach außen drückt. Es bildet sich dann ein Unterdruck im Motorraum, der bewirkt, dass kältere Umgebungsluft in den Motorraum durch hierfür angeordneten Lüftungsgitter eingesaugt wird. Ein solches System bewirkt jedoch eine geringere Kühlung im Kühlerpaket und führt ferner häufig zu einem stärker verschmutzten Motorraum, weil eine große Menge staubiger/schmutziger Luft direkt in den Motorraum gesaugt wird. In diesem Fall wird also die Gebläseluft direkt in den oder aus dem Motorraum gesaugt, um diesen zu kühlen.
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Bei den Lösungen gemäß dem Stand der Technik ist man gezwungen, zwischen einem warmen Motorraum und einer besseren Kühlleistung des Kühlerpakets oder einem kühleren Motorraum mit schlechterer Kühlleistung des Kühlerpakets und einem stärker verschmutzten Motorraum zu wählen.
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Zum Lösen dieses Problems kann der Kühlluftstrom durch das Kühlerpaket vom Strom durch den Motorraum getrennt werden. Dies bedeutet aber, dass der Luftstrom am Motor ggf. verringert wird oder mehr oder weniger zum Stillstand kommt und unerwünschte und ungünstige Wärmestaus entstehen können. Dies ist insbesondere bei einem Betrieb mit niedrigen Geschwindigkeiten, wie er häufig im gewerblichen Verkehr, beispielsweise im Busverkehr, auftritt, ein Risikofaktor. Ausreichend dimensionierte Lüftungsöffnungen im Anschluss an den Motorraum des Fahrzeugs können diesem unerwünschten Wärmeaufbau entgegenwirken, aber die Wirkung ist häufig unzureichend und es entsteht außerdem wie beschrieben eine unvorteilhaft erhöhte Schallemission sowie ein stärker verschmutzter Motorraum.
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Diese Nachteile müssen verringert werden. Höhere Anforderungen an niedrigere Schallemissionen führen dazu, dass die Lüftungsöffnungen in der Außenkarosserie des Fahrzeugs verringert/verkleinert werden müssen.
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Die Aufgabe besteht somit darin, ein Lüftungssystem zu konstruieren, das die Emission von störendem Schall vom Fahrzeug verringert, aber gleichzeitig zu einer besseren Kühlung von Motorraum sowie Kühlerpaket führt und dennoch nicht bewirkt, dass mehr Schmutz und Staub in den Motorraum gelangen.
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Es wurden bereits mehrere Versuche unternommen, diese Aufgabe zu lösen und ein Lüftungssystem vorzuschlagen, das die Emission von störendem Schall vom Fahrzeug verringert, aber die Kühlung von Motorraum und Kühlerpaket erhält oder verbessert, ohne dass bewirkt wird, dass mehr Schmutz und Staub in den Motorraum gelangen.
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GB 2045183 beschreibt beispielsweise ein Kühlsystem für einen Motor umfassend einen Kühler und einen Gebläsemotor. Kühler und Gebläse sind vom Motorraum getrennt und die erwärmte Luft, die den Kühler passiert hat, wird aus dem Fahrzeug in die Umgebungsluft geleitet, ohne den Motorraum zu passieren. Auch ein Vermischen der Abgase mit dieser Luft wird ermöglicht, wodurch eine Verringerung von störendem Schall vom Fahrzeug erreicht wird. Ein Nachteil dieses Systems ist, dass der Motorraum nicht wirksam gekühlt wird. Ferner muss hier ein Teil der Kühlluft zum Kühlen des Auspuffrohrs des Fahrzeugs verwendet werden.
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SE 532810 beschreibt eine Vorrichtung zur Motorraumlüftung, die ein Kühlerpaket sowie ein Kühlgebläse, das auf den Luftstrom durch das Kühlerpaket einwirkt, umfasst. Das Kühlerpaket ist vom Motorraum abgeschirmt und das Kühlgebläse saugt Luft auch vom Motorraum durch einen hierfür angeordneten Kanal oder eine hierfür angeordnete Öffnung an. Durch den Unterdruck, der sich im Motorraum bildet, wird Umgebungsluft über wenigstens eine Öffnung zwischen Motorraum und Außenseite des Fahrzeugs in den Motorraum gesaugt, was dazu führt, dass zu hohe Temperaturen im Motorraum vermieden werden. Ein Nachteil dieses Systems ist, dass ein größerer Gebläsemotor verwendet werden muss, um die größere Luftmenge bewältigen zu können. Ein größerer Gebläsemotor braucht mehr Energie für den Betrieb.
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EP 0735252 beschreibt ferner ein Kühlsystem für einen Motor in einem Nutzfahrzeug. Der Motorraum ist vom Kühlsystem durch eine Schalldämmung getrennt. Motorraum und Kühlsystem werden durch verschiedene Einlässe mit Luft aus der Umgebung versorgt. Das Kühlgebläse ist mit einem Diffusor versehen, der bewirkt, dass Luft ebenfalls vom Motorraum angesaugt und aus dem Fahrzeug zusammen mit der Luft, die das Kühlerpaket passiert hat, geleitet wird. Der Nachteil dieses Systems besteht darin, dass auch hier ein größerer Gebläsemotor erforderlich ist, der die größere Luftmenge bewältigen kann, die durch Kühlerpaket und Motorraum strömen muss.
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US 6523520 beschreibt ferner eine andere Variante eines Kühlsystems für einen Motor, der vom Kühlsystem abgetrennt ist. Ein am Kühler des Fahrzeugs angeordnetes Kühlgebläse saugt Luft gleichzeitig durch das Kühlpaket und vom Motor über ein hierfür angeordnetes Kanalsystem. Das Kanalsystem leitet die Umgebungsluft insbesondere an warmen Teilen des Motors vorbei, bevor diese durch eine Auslassöffnung im Fahrzeug nach außen geleitet wird.
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Gemäß dem Stand der Technik ist somit kein Lüftungssystem bekannt, das die Emission von störendem Schall vom Fahrzeug verringert und gleichzeitig die Kühlung von Motorraum sowie Kühlerpaket erhält oder verbessert, ohne dass mehr Schmutz und Staub in den Motorraum gelangen, und gleichzeitig energiesparsam ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist somit das Lösen der oben genannten Aufgabe und das Nachweisen eines Lüftungssystems, das die Emission von störendem Schall vom Fahrzeug in die Umgebung verringert, aber gleichzeitig die Kühlung von Motorraum sowie Kühlerpaket erhält oder verbessert.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, dass die Konstruktion so wenig Energie wie möglich für ihren Betrieb braucht.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, dass die Konstruktion ebenfalls die Menge an Schmutz und Staub, die in den Motorraum gelangt, verringert.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, dass die Lösung grundsätzlich einfach ist und die Teile einfach und kostengünstig herzustellen sind.
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Diese und weitere Aufgaben und Vorteile werden gemäß der Erfindung durch eine Lüftungsvorrichtung gelöst, welche die besonderen Merkmale aufweist, die im kennzeichnenden Teil der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8 angegeben sind.
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Die Erfindung betrifft also insbesondere Nutzfahrzeuge wie Busse, kann aber selbstverständlich auch für andere Fahrzeuge wie Lastkraftwagen, Baumaschinen oder andere ähnliche Typen von Fahrzeugen mit ähnlichen Problemen verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung betrifft insbesondere Motorinstallationen, bei denen das Kühlluftgebläse und das Kühlerpaket in einem seitlich von Motor und Getriebe angeordneten separaten Kühlluftschacht angeordnet sind. Da der Kühlluftschacht vollständig vom Motorraum getrennt ist, vermischt sich die warme Gebläseluft, die das Kühlerpaket passiert hat, nicht mit der Luft, die in den Motorraum strömt, und das Gebläse kann somit auch nicht direkt zum Erzeugen einer Lüftung des Motorraums genutzt werden.
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Die Erfindung wird also dadurch erzielt, dass eine Motorraumlüftung in einem Fahrzeug umfassend einen Lüftungskanal vom oberen Teil des Motorraums, der sich nach oben erstreckt und dessen Lüftungskanalauslass nach außen durch die nach hinten zeigende Karosseriefläche oder das nach hinten zeigende Karosserieteil, vorzugsweise bis oberhalb der Heckklappe des Fahrzeugs und noch besser relativ nahe an der Dachkante des Fahrzeugs, angeordnet ist, angeordnet wird. Beim Vorwärtsfahren des Fahrzeugs wird ein Unterdruck in diesem Bereich des Fahrzeugs erzeugt, der wiederum einen Unterdruck im Lüftungskanal erzeugt. Dadurch wird eine Luftströmung durch den Lüftungskanal und den Motorraum erzeugt. Der Unterdruck steigt mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit durch Einwirken des Fahrtwindes, was sich auf die Luftströmung durch den Motorraum in zunehmendem Grade auswirkt. Der Unterdruck am Lüftungskanalauslass erzeugt somit eine Strömung aus dem Lüftungskanal heraus, die wiederum dazu führt, dass Umgebungsluft in den Motorraum vorschlagsweise über wenigstens eine Öffnung zwischen dem Motorraum und der Außenseite/Unterseite des Fahrzeugs gesaugt wird.
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Vorteil dieser erfindungsgemäßen Konstruktion ist, dass eine so genannte passive Lüftung des Motorraums entsteht, ohne dass zusätzliche Gebläse oder größere Kühlgebläse installiert werden müssen, die Energie verbrauchen und somit bewirken, dass das Fahrzeug weniger energiesparsam zu betreiben ist. Ein Vorteil der Unterstützung der Lüftung durch den Unterdruck hinter dem Fahrzeug und der daraus resultierenden Ejektorwirkung ist, dass bei einem Losfahren mit dem Fahrzeug auf beispielsweise einem Halteplatz die Lüftung direkt in Betrieb gesetzt wird, bevor sich der Motorraum erwärmt hat und somit bevor die natürliche Konvektion im Motorraum und im Lüftungskanal eine Strömung nach oben durch den Lüftungskanal erzeugen kann. Die Kühlung des Kühlerpakets wird von dieser Konstruktion ebenfalls nicht beeinflusst.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass diese sehr betriebssicher ist und gleichzeitig einen verhältnismäßigen kleinen Einbauraum benötigt. Dies macht die Implementierung der Lösung beispielsweise bei der Neuproduktion eines Fahrzeugs kostengünstig.
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Weitere besondere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung sowie aus den beigefügten Zeichnungen und sonstigen Patentansprüchen hervor.
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Kurzes Zeichnungsverzeichnis
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Die Erfindung wird nachfolgend näher in einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt im Schnitt und von der Seite ein Heck eines Busses, aus dem Motor/Getriebe und deren Einhausung hervorgehen.
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2 zeigt das gleiche Bild wie in 1, bei der aber die Einhausung auch einen weiteren an der Seite des Fahrzeugs angeordneten Lufteinlass umfasst.
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3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Kardanwelle des Fahrzeugs und deren Durchführung im Gehäuse der Einhausung, wobei die Kardanwelle mit einer Schall- und Partikelsperre ausgestattet ist.
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4 zeigt das gleiche Bild wie in 3, aber mit einer alternativen Ausbildung der an der Kardanwelle montierten Schall- und Partikelsperre.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt im Schnitt und von der Seite ein Heck eines Fahrzeugs, hier eines Busses 1, wobei der Motor 2 und das Getriebe 3 in einer Einhausung oder einem Gehäuse 4 angeordnet sind, das den Antriebsstrang von den anderen Teilen des Fahrzeugs 1 und der Umgebung trennt und einen im Wesentlichen geschlossenen Motorraum 5 bildet. Eine Kardanwelle 6 überträgt das Drehmoment vom Motor 2 und vom Getriebe 3 auf die Antriebsräder 7. Das Gehäuse 4 kann vorteilhafterweise mit einer hierfür vorgesehenen schalldämmenden Matte (nicht dargestellt) schallgedämmt sein, die vorzugsweise an der Innenseite des Gehäuses 4 angeordnet ist.
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Ein Lufteinlass 8 zum Motorraum 5 ist vorteilhafterweise niedrig im Buss 1 angeordnet, beispielsweise wie hier unten an der Kardanwelle 6, und ist geeignet geformt, so dass die Luft an der Durchführung der Kardanwelle 6 in der Wand 9 zum Gehäuse 4 oder in deren Nähe passiert.
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Die einströmende Luft strömt um den Motor 2 und steigt, wenn sie von den verschiedenen Teilen des Motors 2 wie Turbolader, Abgaskrümmer usw. (nicht dargestellt) erwärmt wird, aufgrund der natürlichen Konvektion im Motorraum 5 nach oben und erreicht das Dach des Gehäuses 4. Im Dach oder in dessen Nähe ist ein Auslass zu einem Lüftungskanal 10 angeordnet. Der Lüftungskanal 10 erstreckt sich vom Motorraum 5 nach oben und vorzugsweise nach hinten und mündet mit Hilfe eines Lüftungsauslasses 11 nach außen durch das hintere Wandteil 12 des Fahrzeugs, vorzugsweise in der hinteren Karosseriefläche, aber nahe dem Dach des Fahrzeugs 13, wo der Unterdruck während des Betriebs/der Fahrt üblicherweise aufgrund des Fahrtwindes am größten ist. Die Öffnung 14 des Lüftungskanals im oberen Teil des Motorraums 5 ist vorteilhafterweise so angeordnet, dass viel Luft von beispielsweise dem Turbolader oder dem Krümmer direkt nach oben in den Lüftungskanal 10 steigt, ohne zuerst im Motorraum 5 umgewälzt zu werden und damit andere wärmeempfindliche Komponenten zu erwärmen.
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Am Lüftungsauslass 11 bildet sich somit durch die Luftströmung am Fahrzeug ein Unterdruck, der entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu-/abnimmt. Der Unterdruck zieht Luft aus dem Lüftungskanal 10 und damit aus dem Motorraum 5 mit sich.
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2 zeigt im Prinzip das gleiche Bild wie 1, wobei aber ein zusätzlicher Lufteinlass 15 an der Karosserieseite des Fahrzeugs angeordnet ist. Dieser zusätzliche Lufteinlass 15 trägt dazu bei, dass ein größeres Volumen Luft in den Motorraum 5 passieren und durch diesen strömen kann, und der zusätzliche Lufteinlass 15 kann ferner nahe besonders empfindlichen Komponenten angeordnet werden, die eine kühlere Umgebung oder eine bessere Kühlung erfordern, um die Lebensdauer zu verlängern, wie beispielsweise Gummiteile der Antriebsstrangaufhängung, Elektrokomponenten usw.
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An der Kardanwelle 6 ist hier eine Schall- und Partikelsperre 16 in Form eines Randes oder eines Kragens vor dem Lufteinlass 8 des Motorraums 5 angeordnet. Dadurch wird verhindert, dass ein Teil der Partikel und Verunreinigungen mit dem Luftstrom direkt in den Motorraum 5 gelangt.
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3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Kardanwelle 6 des Fahrzeugs und deren Durchführung durch die vordere Wand 9 des Gehäuses 4. Die Kardanwelle 6 ist mit einer Schall- und Partikelsperre 16 versehen, die vor dem Lufteinlass 8 so angeordnet ist, dass sie wenigstens teilweise den Lufteinlass 8 in Richtung der Luftströmung gesehen abdeckt. Die Schall- und Partikelsperre 16 dreht sich mit der Kardanwelle 6 und verringert Schallemissionen vom Motorraum 5 und gleichzeitig wird verhindert, dass ein Teil der Partikel vom Straßenbelag und von der Umgebung mit der Luft in den Motorraum 5 eindringt.
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4 zeigt im Prinzip das gleiche Bild wie in 3, aber mit einer alternativen Ausbildung der Schall- und Partikelsperre 16. Hier weist der Rand eine angepasste Randfläche auf, die auch mit Flügeln 17 versehen werden kann, was eine Gebläsewirkung erzeugt, die Partikel radial von der Kardanwelle 6 auswirft. Dadurch wird die Menge der Partikel verringert, die mit der Luft in den Motorraum 5 eindringt. Auch die vordere Wandfläche 9 des Gehäuses 4 kann entsprechend ausgebildet werden, um diese an die Schall- und Partikelsperre 16 anzupassen.
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Ein Vorteil der beschriebenen Lösung ist, dass eine passive Lüftung des Motorraums 5 bewirkt wird, ohne dass zusätzliche Gebläse oder andere Vorrichtungen verwendet werden müssen, die Energie verbrauchen. Ein Vorteil der Steuerung der Lüftung durch einen Unterdruck außerhalb des Fahrzeugs ist, dass bei einem Losfahren mit dem Fahrzeug/Bus 1 auf einem Halteplatz die Lüftung in Betrieb gesetzt wird, bevor sich der gesamte Motorraum 5 erwärmt hat und die natürliche Konvektion im Lüftungskanal 10 einen „Zug” und somit eine Lüftung des Motorraums 5 erzeugen kann.
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Die Lösung verringert auch den Bedarf an Einbauraum im Fahrzeug und hält ebenfalls die Schallemissionen vom Fahrzeug auf einem akzeptablen Niveau. Durch die natürliche Konvektion kühlt das Lüftungssystem den Motorraum 5 auch nach Abstellen des Motors nach einem so genannten „hot shutdown”.
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Die vorhergehende Beschreibung ist in erster Linie dafür vorgesehen, das Verstehen der Erfindung zu erleichtern, und ist natürlich nicht auf die angegebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind auch andere Varianten der Erfindung im Rahmen des Erfindungsgedankens und des Schutzumfangs der folgenden Patentansprüche möglich und denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2045183 [0011]
- SE 532810 [0012]
- EP 0735252 [0013]
- US 6523520 [0014]
