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Die Erfindung betrifft eine Kältemittelablasseinrichtung, insbesondere für Fahrzeugklimatisierungseinrichtungen, mit einem pyrotechnischen Element, welches beim Auslösen einen Ablauf für das Kältemittel aus der Kältemittelablasseinrichtung schafft.
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Klimatisierungssysteme umfassen üblicherweise einen Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer Drossel und einem Verdampfer. Bei einem etwaigen Unfall und einer möglicherweise damit verbundenen Beschädigung des Verdampfers sollte das Kältemittel aus dem beschädigten Verdampfer abgeführt werden, um eine Menge an in die Fahrgastzelle eintretenden Kältemitteldampfes zu minimieren. Aus dem Stand der Technik sind Einrichtungen bekannt, die in solch einem Falle eine Öffnung in dem Kältemittelkreislauf schaffen, um das Kältemittel an einer Stelle weg vom Verdampfer (z. B. im Motorraum) in die Umgebung abzulassen. So ist beispielsweise aus der
US 2005/0 028 540 A1 ein Ablassventil bekannt, mit dem Kältemittel aus dem Klimatisierungssystem abgelassen werden kann. Das Ablassventil enthält eine Detonationsladung, die ansprechend auf ein Ablasssignal zündet und somit eine Öffnung in den Kältemittelkreislauf des Klimatisierungssystems sprengt, über die Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf abgelassen wird. Somit kann das Kältemittel durch Aktivierung einer Sprengladung gezielt abgelassen werden.
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Jedoch haben die Erfinder dieser Erfindung erkannt, dass bei solchen Ventilen mit Detonationsladung lediglich eine Öffnung im Kältemittelkreislauf geschaffen wird und die Möglichkeit besteht, dass während des Ablassvorgangs ein Teil des Kältemittels den Abschnitt mit der Öffnung passiert und zum Verdampfer weiterströmen kann.
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Weitere Ablasseinrichtungen für Kältemittel sind aus der
US 2004/0 168 448 A1 , der
DE 102 41 367 A1 und der
US 2009/0032 113 A1 bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Kältemittelablasseinrichtung für Fahrzeugklimatisierungseinrichtungen zu schaffen, die ein Kältemittel noch sicherer ablässt. Diese Aufgabe wird durch eine Kältemittelablasseinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Kältemittelablasseinrichtung für Klimatisierungseinrichtungen bereitgestellt, mit einem Einlassabschnitt mit einer Längsrichtung zum Aufnehmen von Kältemittel und zum Führen von Kältemittel entlang seiner Längsrichtung; einem Auslassabschnitt zum Abgeben des Kältemittels; einem pyrotechnischen Element, welches angepasst ist, beim Auslösen einen Ablauf für das Kältemittel aus der Kältemittelablasseinrichtung zu schaffen, und einer Strömungssperrwand, welche sich zumindest im ausgelösten Zustand des pyrotechnischen Elements mit der Längsrichtung des Einlassabschnitts schneidet. Somit wird ein direktes Strömen von Kältemittel entlang der Längsrichtung des Einlassabschnitts vom Einlassabschnitt in den Auslassabschnitt verhindert. Wie der Begriff „schaffen” bereits ausdrückt, wird beim Auslösen des pyrotechnischen Elements ein Ablauf erzeugt, welcher vor dem Auslösen nicht vorhanden ist. Die Strömungssperrwand bietet den Vorteil, dass verhindert wird dass beim Ablassen des Kältemittels weiterhin ein Teil des Kältemittels vom Einlassabschnitt zum Auslassabschnitt strömt, dies würde sonst dazu führen, dass Kältemittel weiterhin zum (eventuell beschädigten) Verdampfer gelangen kann und dass das im Verdampfer befindliche Kältemittel daran gehindert wird, zurück zu strömen und aus dem Ablauf zu entweichen. Ein Nachfließen von Kältemittel zum Verdampfer wird damit gezielt verhindert. Außerdem wird dadurch die Möglichkeit geschaffen, das Kältemittel aus dem Verdampfer und der Kältemittelleitung zwischen Verdampfer und Kältemittelablasseinrichtung abzulassen. Zu bedenken ist in diesem Zusammenhang auch, dass das Kältemittel unter Druck steht, was ein direktes Strömen vom Einlassabschnitt zum Auslassabschnitt ohne Strömungssperrwand begünstigen könnte.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Strömungssperrwand eine Fläche, die zumindest der Fläche eines Auslassquerschnitts des Einlassabschnitts entspricht. Damit könnte der gesamte Kältemittelstrom am direkten Weiterströmen vom Einlassabschnitt zum Auslassabschnitt gehindert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Strömungssperrwand räumlich zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Strömungssperrwand so ausgerichtet, dass sich eine imaginäre Verlängerung der Strömungssperrwand nicht mit dem Auslassabschnitt schneidet. Dadurch ändert die Strömungssperrwand die Strömungsrichtung eines aus dem Einlassabschnitt kommenden Kältemittels derart, dass der Kältemittelstrom nach der Umlenkung nicht mehr hin zu dem Auslassabschnitt gerichtet ist. Insbesondere ist dabei die Strömungssperrwand quer zur Längsrichtung des Einlassabschnitts ausgerichtet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Kältemittelablasseinrichtung ferner einen Zwischenabschnitt auf, der direkt zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt angeordnet ist, wobei an einem Übergang von dem Einlassabschnitt zu dem Zwischenabschnitt ein Innenraumquerschnitt zunimmt. Insbesondere nimmt der Innenraumquerschnitt stufenartig zu.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Strömungssperrwand in dem Zwischenabschnitt angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Ablauf in dem Zwischenabschnitt angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Kältemittelablasseinrichtung ferner eine Steuerung auf, die angepasst ist, die pyrotechnische Einrichtung ansprechend auf ein Unfallsignal auszulösen. Insbesondere liefert das Unfallsignal dabei einem Unfall vorauseilend oder nacheilend ein Unfallsignal. Eine vorauseilende Aktivierung hat den Vorteil, dass Auswirkungen etwaiger Beschädigungen der Kältemittelablasseinrichtung durch den Unfall minimiert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sperrt die Strömungssperrwand den Einlassabschnitt. Insbesondere sperrt dabei die Strömungssperrwand den Einlassabschnitt fluiddicht ab. Somit kann kein Kältemittel aus dem Einlassabschnitt in den Zwischenabschnitt nachströmen.
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Darüber hinaus stellt die Erfindung eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug bereit, mit einem Klimatisierungskreislauf aufweisend einen Kompressor, einen Kondensator oder Gaskühler, einen Verdampfer und eine Kältemittelablasseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, welche zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer bzw. zwischen dem Gaskühler und dem Verdampfer im Klimatisierungskreislauf angeordnet ist. Speziell beim Einsatz von CO2 als Kältemittel spricht man von einem Gaskühler und nicht von einem Kondensator, da beim Einsatz von CO2 das Kältemittel nicht notwendigerweise kondensiert (überkritischer Zustand) wird.
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Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Kältemittelablasseinrichtung oder solch einer Klimaanlage bereit.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
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1a zeigt schematisch eine Kältemittelablasseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem normalen Betriebszustand mit einem geschlossenen Ablauf;
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1b zeigt schematisch die Kältemittelablasseinrichtung aus 1a in einem Ablasszustand mit geöffnetem Ablauf;
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2a zeigt schematisch eine Kältemittelablasseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem normalen Betriebszustand mit einem geschlossenen Ablauf;
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2b zeigt schematisch die Kältemittelablasseinrichtung aus 2a in einem Ablasszustand mit geöffnetem Ablauf;
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3a zeigt schematisch eine Kältemittelablasseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem normalen Betriebszustand mit einem geschlossenen Ablauf, und
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3b zeigt schematisch die Kältemittelablasseinrichtung aus 3a in einem Ablasszustand mit geöffnetem Ablauf.
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Die im Folgenden erläuterte Kältemittelablasseinrichtung ist in einem Kältemittelkreislauf einer Klimatisierungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, vorgesehen. Die Klimatisierungseinrichtung umfasst, wie aus dem Stand der Technik bekannt, einen geschlossenen Kältemittelkreislauf, in dem Kältemittel zirkuliert wird, und in dem in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen, in dieser Reihenfolge, ein Kompressor, ein Kondensator bzw. ein Gaskühler, eine Drossel, ein Verdampfer und ein Akkumulator vorgesehen sind. Der Akkumulator dient dem Speichern von Kältemittel. Die erfindungsgemäße Kältemittelablasseinrichtung ist vorzugsweise zwischen der Drossel und dem Verdampfer und/oder zwischen Verdampfer und Akkumulator in dem Kältemittelkreislauf angeordnet.
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Die 1a und 1b zeigen eine Kältemittelablasseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Ablauf in 1a geschlossen und in 1b geöffnet ist. Die Kältemittelablasseinrichtung umfasst einen Einlassabschnitt 11, über den Kältemittel einströmt, vorzugsweise von der Drossel kommend. Der Einlassabschnitt 11 hat eine Längsrichtung, entlang der das Kältemittel geführt wird. Ferner ist ein Auslassabschnitt 12 vorgesehen, der in diesem Ausführungsbeispiel fluchtend zum Einlassabschnitt 11 ausgebildet ist und dessen Längsrichtung mit der Längsrichtung des Auslassabschnittes 12 übereinstimmt. Der Auslassabschnitt 12 gibt das vom Einlassabschnitt 11 kommende Kältemittel aus der Kältemittelablasseinrichtung 10 an den Verdampfer ab. Direkt zwischen dem Einlassabschnitt 11 und dem Auslassabschnitt 12 ist ein Zwischenabschnitt 13 vorgesehen, der entlang der Längsrichtung des Einlassabschnittes 11 gesehen einen größeren Querschnitt aufweist als der Einlassabschnitt 11. Ein Auslassquerschnitt (am Übergang zwischen Einlassabschnitt und Zwischenabschnitt) des Einlassabschnittes 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel gleich zum Einlassquerschnitt (am Übergang zwischen Zwischenabschnitt und Auslassabschnitt) des Auslassabschnitts 12. In einem normalen Betriebszustand (vor Initiieren des Ablassens bzw. vor Auslösen eines später erläuterten pyrotechnischen Elements) ist der Zwischenabschnitt 13 geschlossen und nur zum Einlassabschnitt 11 und zum Auslassabschnitt 12 geöffnet. Ein Wandabschnitt des Zwischenabschnitts 13 wird von einer Strömungssperrwand 14 gebildet, die im normalen Betriebszustand senkrecht zur Längsrichtung des Einlassabschnitts 11 und direkt neben dem Einlassabschnitt 11 angeordnet ist. An einem Längsende der Strömungssperrwand 14, welches dem Einlassabschnitt 11 abgewandt ist, ist ein pyrotechnisches Element 15 vorgesehen, welches mit der Strömungssperrwand 14 zusammenwirkt und von einer Steuerung ansprechend auf ein Unfallsignal auslösbar ist. In dem in 1a dargestellten normalen Betriebszustand strömt das Kältemittel geradlinig entlang der Pfeile 16 durch die Kältemittelablasseinrichtung 10 hindurch.
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Im Falle eines Unfalls wird durch eine Steuerung ein Unfallsignal basierend auf Abschätzungen bzw. Bestimmungen aus Sensorsignalen ausgegeben. Dieses Unfallsignal kann einem Unfall vorauseilend oder nacheilend ausgegeben werden. Basierend auf diesem Unfallsignal wird das pyrotechnische Element 15 ausgelöst und gezündet. Eine Detonation 15a des pyrotechnischen Elements 15 führt dazu, dass die Strömungssperrwand 14 entlang seiner Längsrichtung zum Einlassabschnitt 11 hin soweit verschoben wird (siehe Pfeil 17) bis die Strömungssperrwand 14 den Einlassabschnitt 11 vollständig sperrt. Damit ist der Einlassabschnitt 11 vorzugsweise fluiddicht abgesperrt, so dass kein Kältemittel mehr vom Einlassabschnitt 11 in den Zwischenabschnitt 13 strömen kann, wie durch den durchgestrichenen Pfeil 16 in 1b angedeutet. Durch die Verschiebung der Strömungssperrwand 14 wird ein Ablauf 18 geschaffen. Der Ablauf 18 ist damit eine Öffnung in der Wandung des Zwischenabschnitts 13, durch die das in dem Verdampfer befindliche Kältemittel entlang der Pfeile 19 an die Umgebung abgelassen werden kann. Mit anderen Worten ausgedrückt wird in diesem Ausführungsbeispiel der Strömungsweg des Kältemittels verschlossen, was ein Nachströmen zum Verdampfer gezielt verhindert, und gleichzeitig wird mit dem Ablauf eine Öffnung zum Ablassen des Kältemittels von der Verdampferseite erzeugt.
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Im Folgenden werden ein zweites und drittes Ausführungsbeispiel beschrieben. Um Wiederholungen zu vermeiden werden lediglich die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Bezüglich der Gemeinsamkeiten soll die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels auch für die folgenden Ausführungsbeispiele gelten.
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Die 2a und 2b zeigen eine Kältemittelablasseinrichtung 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Ablauf in 2a geschlossen und in 2b geöffnet ist. Ein Einlassabschnitt 21 entspricht dem Einlassabschnitt 11 und ein Auslassabschnitt 22 entspricht dem Auslassabschnitt 12. Direkt zwischen dem Einlassabschnitt 21 und dem Auslassabschnitt 22 ist ein Zwischenabschnitt 23 vorgesehen, der in Längsrichtung des Einlassabschnittes 21 einen größeren Querschnitt aufweist als der Einlassabschnitt 21. In dem Zwischenabschnitt 23 ist eine Strömungssperrwand 24 vorgesehen, die vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung des Einlassabschnitts 21 ausgerichtet ist. Die Fläche der Strömungssperrwand 24 ist mindestens so groß, wie der Auslassquerschnitt des Einlassabschnitts 21. Vorzugsweise ist die Strömungssperrwand 24 mittig zwischen dem Auslassquerschnitt des Einlassabschnitts 21 und dem Einlassabschnitt des Auslassabschnitts 22 angeordnet. Zumindest ist die Strömungssperrwand 24 jeweils mit einem Abstand zu dem Auslassquerschnitt des Einlassabschnitts 21 und dem Einlassabschnitt des Auslassabschnitts 22 angeordnet. Wird der Auslassquerschnitt des Einlassabschnitts 21 entlang der Längsrichtung des Einlassabschnitts 21 imaginär verlängert, dann deckt die Strömungssperrwand 24 zumindest die gesamte Querschnittsfläche dieser imaginären Verlängerung ab. Dies führt zu folgenden Strömungsverhältnissen. In dem in 2a dargestellten normalen Betriebszustand strömt das Kältemittel geradlinig entlang des Einlassabschnitts, wie durch den Pfeil 26a angedeutet, in die Kältemittelablasseinrichtung 20 ein. Durch die Strömungssperrwand 24 wird das Kältemittel im Zwischenabschnitt 23 in eine Richtung quer zur Längsrichtung des Einlassabschnitts 21 abgelenkt und umströmt die Strömungssperrwand 24, wie durch einen Pfeil 26b angedeutet. Beim Eintritt in den Auslassabschnitt 22 wird der Kältemittelstrom erneut umgelenkt, um dann wieder entlang der Längsrichtung des Auslassabschnitts 22 weiterzuströmen, wie durch den Pfeil 26c angedeutet. Ein Wandbereich 27 des Zwischenabschnitts, welcher sich mit einer imaginären Verlängerung der Strömungssperrwand 24 schneidet, ist mit einem pyrotechnischen Element 25 versehen, welches mit dem Wandbereich 27 zusammenwirkt und von einer Steuerung ansprechend auf das Unfallsignal auslösbar ist.
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Basierend auf diesem Unfallsignal wird das pyrotechnische Element 25 ausgelöst und gezündet. Eine Detonation 25a des pyrotechnischen Elements 25 führt dazu, dass der Wandbereich 27 aufgesprengt oder entfernt wird, so dass ein Ablauf 28 geschaffen wird. Durch die Umlenkung des Kältemittelstroms, welche von der Strömungssperrwand 24 verursacht wird, wird sowohl das durch den Einlassabschnitt 21 einströmende Kältemittel, als auch das vom Verdampfer zurückströmende Kältemittel (siehe Pfeil 26d) hin zu dem Ablauf 28 gerichtet, wie durch Pfeile 26e angedeutet. Durch diese Ausrichtung des Kältemittelstroms hin zum Ablauf 28 kann gezielt verhindert werden, dass ein Teil des Kältemittels trotz Erzeugung des Ablaufs 28 vom Einlassabschnitt 21 zum Auslassabschnitt 22 strömt.
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Die 3a und 3b zeigen eine Kältemittelablasseinrichtung 30 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Ablauf in 3a geschlossen und in 3b geöffnet ist. Dabei entspricht ein Einlassabschnitt 31 dem Einlassabschnitt 21, ein Auslassabschnitt 32 dem Auslassabschnitt 22, ein Zwischenabschnitt 33 dem Zwischenabschnitt 23 und eine Strömungssperrwand 34 der Strömungssperrwand 24. Die Strömungsverhältnisse sind identisch zum zweiten Ausführungsbeispiel, so dass die Pfeile 36a–36e jeweils den Pfeilen 26a–26e entsprechen. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel nur dadurch, wie ein Ablauf 38 geschaffen wird. Hierzu wirkt ein pyrotechnisches Element 35 mit einem Keil 37 zusammen, der direkt neben dem Zwischenabschnitt 33 so angeordnet ist, dass seine Spitze zum Zwischenabschnitt 33 gerichtet ist. Nach einer Detonation 35a wird der Keil 37 parallel zur Längsrichtung des Einlassabschnitts bewegt, wie durch einen Pfeil 37a angedeutet. Dadurch wird ein Teil 39 der Wandung des Zwischenabschnitts 33 vom Keil 37 abgetrennt, wodurch der Ablauf 38 geschaffen wird.
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Wesentlich bei der Kältemittelablasseinrichtung des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels ist, dass die Strömungssperrwand die Strömungsrichtung eines aus dem Einlassabschnitt kommenden Kältemittels derart umlenkt, dass der Kältemittelstrom nach der Umlenkung nicht mehr hin zu dem Auslassabschnitt gerichtet ist. Dies kann, wie dem Fachmann ersichtlich sein wird, auch durch andere konkrete Ausführungen realisiert werden. Beispielsweise kann der Zwischenabschnitt 23, 33 durch ein U-förmiges Rohr ausgebildet werden, bei dem die Strömungssperrwand von einem Rohrwandabschnitt gebildet wird, der sich mit der imaginären Verlängerung der Längsrichtung des Einlassabschnitts schneidet. Mit anderen Worten ausgedrückt, dem Austritt des Einlassabschnitts gegenüberliegt. Auch eine solche Ausführung liegt innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung.
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Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
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Darüber hinaus behält sich die Anmelderin das Recht vor, folgende Aspekte zu beanspruchen:
Kältemittelablasseinrichtung für Fahrzeugklimatisierungseinrichtungen, mit einem Einlassabschnitt zum Aufnehmen von Kältemittel; einem Auslassabschnitt zum Abgeben des Kältemittels, und einem pyrotechnischen Element, welches beim Auslösen einen Ablauf für das Kältemittel aus der Kältemittelablasseinrichtung schafft und den Einlassabschnitt sperrt.
