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Die Erfindung bezieht sich auf Verschlusselemente für Klimatisierungseinrichtungen, Klimatisierungseinrichtungen mit Verschlusselementen sowie auf Fahrzeuge, die mit Klimatisierungseinrichtungen ausgestattet sind.
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Bei Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, dienen Klimatisierungseinrichtungen dazu, Wärme nach außen abzuführen. Um einen Luftstrom ins Fahrzeug hinein bzw. aus dem Fahrzeug heraus zu ermöglichen, sind die Klimatisierungseinrichtungen mit löchrigen Verschlusselementen bzw. mit Löcher aufweisenden Verschlusselementen ausgestattet, die einen Luftdurchtritt ermöglichen. Üblicherweise ist die Anzahl der Löcher relativ groß, so dass die Verschlusselemente auch als Abdeckgitter bezeichnet werden können.
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Befindet sich die Klimatisierungseinrichtung nicht im Betrieb bzw. nicht im "Kühlfall", so treten durch die ein- und ausströmende Luft bei Fahrt dennoch Strömungsverluste auf. Der dabei entstehende zusätzliche Luftwiderstand führt mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu einer quadratisch ansteigenden zusätzlich erforderlichen Traktionsleistung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verschlusselement anzugeben, das für Klimatisierungseinrichtungen, insbesondere Klimatisierungseinrichtungen, die bei Fahrzeugen eingesetzt werden, besonders geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verschlusselement mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verschlusselements sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich die Größe und/oder Form zumindest zweier Löcher des Verschlusselements unterscheidet.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verschlusselements ist darin zu sehen, dass dieses aufgrund der Unterschiedlichkeit der Löchergrößen ein aerodynamisch besseres Verhalten bzw. einen geringeren Luftwiderstand aufweist als bisherige Verschlusselemente, bei denen die Größe der Löcher stets gleich ist. Mit anderen Worten besteht der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verschlusselements in deutlich besseren aerodynamischen Eigenschaften als bei bisherigen Verschlusselementen.
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Das Verschlusselement bildet vorzugsweise ein Abdeckgitter.
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Bezüglich der Größe der Löcher des Verschlusselements wird es mit Blick auf eine optimale Aerodynamik als vorteilhaft angesehen, wenn die Größe der Löcher von zumindest einem der äußeren Ränder des Verschlusselements aus in Richtung Mitte des Verschlusselements ansteigt.
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Alternativ oder zusätzlich ist es – ebenfalls mit Blick auf eine optimale Aerodynamik – von Vorteil, wenn die Form der Löcher von zumindest einem der äußeren Ränder des Verschlusselements aus in Richtung Mitte länglicher, insbesondere elliptischer, wird.
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Mit Blick auf ein aerodynamisch besonders vorteilhaftes Verhalten der Verschlusselemente wird es als vorteilhaft angesehen, wenn sich die Löcher – in der Draufsicht senkrecht zur Verschlussebene des Verschlusselements gesehen – von der jeweiligen Lochmitte aus entlang einer in der Verschlussebene liegenden Vorzugsrichtung des Verschlusselements nach außen jeweils verjüngen, insbesondere entlang der Vorzugsrichtung nach außen jeweils spitz zulaufen.
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Die Löcher weisen vorzugsweise eine wellenförmige oder geschwungene Kontur auf, um den Luftwiderstand möglichst gering zu halten.
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Mit Blick auf minimale Herstellungskosten wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Verschlusselement durch ein Blechteil gebildet ist. Mit Blick auf optimale aerodynamische Eigenschaften wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die an die Löcher angrenzenden Blechkanten jeweils abgerundet sind.
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Ein besonders geringer Luftwiderstand lässt sich erzielen, wenn die Löcher achsensymmetrisch, insbesondere achsensymmetrisch zu einer Vorzugsrichtung und/oder achsensymmetrisch zur Achse senkrecht zur Vorzugsrichtung, oder drehsymmetrisch sind.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Klimatisierungseinrichtung mit einem Wärmeübertrager und zumindest einem Verschlusselement. Bezüglich einer solchen Klimatisierungseinrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verschlusselement so ausgestaltet ist, wie dies oben erläutert worden ist.
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Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung sei auf die obigen Ausführungen verwiesen. Im Falle eines Einsatzes der Klimatisierungseinrichtung bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Schienenfahrzeug, wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Löcher des Verschlusselements ein besonders geringer Luftwiderstand erzielt.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, das mit einer Lufteintritts- und/oder Luftaustrittsöffnung ausgestattet ist und eine Klimatisierungseinrichtung aufweist.
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Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Fahrzeugs vorgesehen, dass die Lufteintritts- und/oder Luftaustrittsöffnung mit einem Verschlusselement, wie es oben beschrieben worden ist, bzw. das Fahrzeug mit einer Klimatisierungseinrichtung, die ein Verschlusselement wie oben beschrieben umfasst, ausgestattet ist.
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Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verschlusselement bzw. der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung verwiesen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Löcher des Verschlusselements wird ein besonders geringer Luftwiderstand bzw. ein besonders gutes aerodynamisches Verhalten erreicht.
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Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Verschlusselement im Bereich der Fahrzeugaußenhaut angeordnet ist und die Fahrzeugaußenhaut nach außen – vorzugsweise flächenbündig – verschließt.
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Bezüglich der Ausgestaltung des Verschlusselements wird es als vorteilhaft angesehen, wenn
- – die Größe der Löcher von der Mitte des Verschlusselements in Fahrzeuglängsrichtung des Fahrzeugs gesehen nach vorn und hinten kleiner wird und/oder
- – die Form der Löcher in der Mitte des Verschlusselements länglicher, insbesondere elliptischer, ist als – in Fahrzeuglängsrichtung gesehen – im Bereich des vorderen und hinteren äußeren Rands des Verschlusselements und/oder
- – die Form der Löcher von der Mitte des Verschlusselements zu dem in Fahrzeuglängsrichtung gesehen vorderen und hinteren äußeren Rand des Verschlusselements gedrungener, insbesondere runder, wird und/oder
- – die Löcher – in der Draufsicht senkrecht zur Fahrzeughaut gesehen – sich von ihrer jeweiligen Lochmitte aus gesehen jeweils in Fahrzeuglängsrichtung nach vorn und hinten verjüngen, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung nach vorn und hinten spitz zulaufen, und/oder
- – die Löcher achsensymmetrisch, insbesondere achsensymmetrisch zur Fahrzeuglängsrichtung und/oder achsensymmetrisch zur Fahrzeugquerrichtung, oder drehsymmetrisch um einen Drehwinkel von 90° oder 180° sind.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Herstellen eines Verschlusselements. Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorgesehen, dass das Verschlusselement mit einer Mehrzahl an Löchern, die einen Luftdurchtritt durch das Verschlusselement ermöglichen, versehen wird, wobei sich die Größe und/oder Form zumindest zweier Löcher des Verschlusselements unterscheidet.
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Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verschlusselement, der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Fahrzeug verwiesen.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Löcher in ein Blech gestanzt werden oder die Löcher durch Ausschneiden aus einem Blech gebildet werden und die an die Löcher angrenzenden Blechkanten abgerundet werden. Durch das Abrunden der Blechkanten wird ein besonders geringer Luftwiderstand bzw. ein besonders gutes aerodynamisches Verhalten erzielt.
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Das Abrunden der Blechkanten erfolgt vorzugsweise mittels eines Partikelstrahlverfahrens.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
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1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, bei dem eine Klimatisierungseinrichtung mit aerodynamisch optimierten Verschlusselementen verschlossen ist,
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2 ein Ausführungsbeispiel für ein Verschlusselement, das bei dem Schienenfahrzeug bzw. bei dessen Klimatisierungseinrichtung eingesetzt werden kann, wobei das Verschlusselement mit runden bzw. elliptischen Löchern versehen ist,
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verschlusselement, das bei dem Schienenfahrzeug gemäß 1 bzw. bei dessen Klimatisierungseinrichtung eingesetzt werden kann, wobei Löcher des Verschlusselements bei der Variante gemäß 3 in Fahrzeuglängsrichtung nach vorn und hinten jeweils spitz zulaufen,
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4 eines der Löcher des Verschlusselements gemäß 3 in einer vergrößerten Darstellung,
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein aerodynamisch optimiertes Loch, das bei Verschlusselementen, insbesondere den Verschlusselementen bei der Klimatisierungseinrichtung gemäß 1 eingesetzt werden kann, und
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6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug, bei dem Verschlusselemente einer Klimatisierungseinrichtung aerodynamisch optimiert sind.
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In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 10, das mit einer Klimatisierungseinrichtung 20 ausgestattet ist.
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Die Klimatisierungseinrichtung 20 umfasst eine Hochdruckseite 20a mit einem Wärmeübertrager 21a sowie eine Niederdruckseite 20b mit einem Wärmeübertrager 21b. Der Wärmeübertrager 21a auf der Hochdruckseite 20a steht mit dem Wärmeübertrager 21b auf der Niederdruckseite 20b über einen Kühlkreislauf 22 in Verbindung. In dem Kühlkreislauf 22 befindet sich ein Kühlmedium, das auf der Hochdruckseite 20a auf einem höheren Druck als auf der Niederdruckseite 20b steht. Die Funktion des Kühlmediums bzw. des Kühlkreislaufs 22 besteht darin, einen Wärmefluss von der Niederdruckseite 20b in Richtung der Hochdruckseite 20a hervorzurufen.
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Die Aufgabe des Wärmeübertragers 21a auf der Hochdruckseite 20a besteht darin, das Kühlmedium zu kühlen, indem es dessen Wärme oder zumindest einen Teil davon an einen Luftstrom, der durch eine Lufteintrittsöffnung 14 des Schienenfahrzeugs 10 in Richtung auf den Wärmeübertrager 21a geleitet wird, abgibt; die von dem Wärmeübertrager 21a erwärmte Luft Lw wird über eine Luftaustrittsöffnung 15 aus dem Schienenfahrzeug 10 herausgeführt.
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Um einen ausreichenden Luftstrom L durch die Lufteintrittsöffnung 14 auch im Falle eines Fahrzeugstillstands oder sehr langsamer Fahrt zu gewährleisten, ist die Klimatisierungseinrichtung 20 auf der Hochdruckseite 20a vorzugsweise mit einem Lüfter 23 ausgestattet, der Luft durch die Lufteintrittsöffnung 14 ansaugt, an dem Wärmeübertrager 21a vorbeileitet und aus der Luftaustrittsöffnung 15 herausbläst.
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Die Lufteintrittsöffnung 14 in der Außenhaut 11 des Schienenfahrzeugs 10 ist durch ein ein Verschlusselement bildendes Abdeckgitter 24 verschlossen, das mit Löchern versehen ist und einen Luftdurchtritt bzw. den Luftstrom L in Richtung Wärmeübertrager 21a ermöglicht. In entsprechender Weise ist die Luftaustrittsöffnung 15 in der Außenhaut 11 mit einem ein Verschlusselement bildenden Abdeckgitter 25 verschlossen. Das Abdeckgitter 25 ist – genauso wie das Abdeckgitter 24 – mit Löchern ausgestattet.
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Die Funktion des Wärmeübertragers 21b auf der Niederdruckseite 20b der Klimatisierungseinrichtung 20 besteht darin, Luft aus dem Innenraum 12 des Schienenfahrzeugs 10, die durch eine Innenraumeinlassöffnung 30 in Richtung auf den Wärmeübertrager 21b geleitet wird, zu kühlen; die gekühlte Luft wird durch eine Innenraumauslassöffnung 31 in den Innenraum 12 des Schienenfahrzeugs 10 geleitet.
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Wie weiter unten noch im Zusammenhang mit der 6 erläutert wird, kann der Wärmeübertrager 21b auch zum Kühlen von Umgebungsluft eingesetzt werden, die von außen einströmt oder angesaugt wird, vom Wärmeübertrager 21b gekühlt wird und anschließend in den Innenraum 12 gelangt.
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Um den Luftwiderstand der beiden Abdeckgitter 24 und 25 zu minimieren, sind diese mit aerodynamisch optimierten Löchern versehen. Ausführungsbeispiele für aerodynamisch optimierte Löcher bzw. für aerodynamisch optimierte Verschlusselemente, die als Abdeckgitter 24 und 25 bei dem Schienenfahrzeug 10 gemäß 1 eingesetzt werden können, werden weiter unten im Zusammenhang mit den 2 bis 5 näher erläutert.
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Die 2 zeigt ein Verschlusselement 200, das als Abdeckgitter 24 bzw. Abdeckgitter 25 bei der Klimatisierungseinrichtung 20 gemäß 1 eingesetzt werden kann. Das Verschlusselement 200 weist eine Vielzahl an Löchern 210 auf. Es lässt sich erkennen, dass die Größe der Löcher 210 von dem – in Fahrzeuglängsrichtung X gesehen – vorderen Rand 201 des Verschlusselements 200 in Richtung Mitte M des Verschlusselements 200 ansteigt und von der Mitte M aus in Richtung des hinteren Rands 202 des Verschlusselements 200 wieder abfällt.
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Darüber hinaus zeigt die 2, dass die Form der Löcher 210 in Richtung Mitte M ausgehend sowohl vom vorderen Rand 201 als auch ausgehend vom hinteren Rand 202 jeweils länglicher, insbesondere elliptischer wird. Während die Löcher im Bereich des vorderen Rands 201 und des hinteren Rands 202 jeweils zumindest näherungsweise rund sind, sind die Löcher 210 im Bereich der Mitte M des Verschlusselements 200 deutlich elliptisch.
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Die Löcher 210 sind bei dem Verschlusselement 200 vorzugsweise achsensymmetrisch, und zwar achsensymmetrisch zur Fahrzeuglängsrichtung X des Schienenfahrzeugs 10 (vgl. 1) sowie achsensymmetrisch zur Fahrzeugquerrichtung Y des Schienenfahrzeugs. Aufgrund der doppelten Achsensymmetrie relativ zur Fahrzeuglängsrichtung X und zur Fahrzeugquerrichtung Y ergibt sich eine Drehsymmetrie der Löcher 210 jeweils um einen Drehwinkel von 180°.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind die Löcher 210 entlang der Fahrzeugquerrichtung Y stets identisch; alternativ kann vorgesehen sein, dass die Größe und/oder Form der Löcher 210 auch in Fahrzeugquerrichtung Y veränderlich ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Form der Löcher 210 ausgehend von den beiden äußeren seitlichen Rändern 203 und 204 in Richtung Mitte M des Verschlusselements 200 größer und auch elliptischer werden.
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Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verschlusselement 200, das als Abdeckgitter 24 bzw. Abdeckgitter 25 bei der Klimatisierungseinrichtung 20 gemäß 1 eingesetzt werden kann. Es lässt sich erkennen, dass sich die Löcher 210 im Verschlusselement 200 jeweils entlang der Fahrzeuglängsrichtung X nach vorn und hinten verjüngen bzw. spitz zulaufen.
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In Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist auch bei dem Verschlusselement 200 gemäß 3 vorgesehen, dass die Größe der Löcher 210 vom vorderen Rand 201 sowie vom hinteren Rand 202 aus in Richtung Mitte M des Verschlusselements 200 jeweils anwächst. Darüber hinaus werden die Löcher 210 beim Verschlusselement 200 – genauso wie bei dem Verschlusselement 200 gemäß 2 – ausgehend von dem vorderen Rand 201 und dem hinteren Rand 202 in Richtung Mitte M jeweils länglicher; mit anderen Worten sind die Löcher 210 im Bereich des vorderen Rands 201 und des hinteren Rands 202 gedrungener als im Bereich der Mitte M des Verschlusselements 200.
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Die 4 zeigt eines der Löcher 210 des Verschlusselements 200 gemäß 3 näher im Detail. Es lässt sich erkennen, dass das Loch 210 in Fahrzeuglängsrichtung X nach vorn und hinten spitz zuläuft. Darüber hinaus lässt sich erkennen, dass die Kontur K des Lochs 210 wellenförmig bzw. geschwungen ist, wodurch ein besonders vorteilhaftes aerodynamisches Verhalten des Lochs 210 bzw. ein besonders geringer Luftwiderstand erzielt wird.
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Außerdem zeigt die 4, dass die Löcher 210 bei dem Verschlusselement 200 gemäß 3 vorzugsweise achsensymmetrisch sowohl zur Fahrzeuglängsrichtung X als auch zur Fahrzeugquerrichtung Y sind, wodurch sich eine Drehsymmetrie der Löcher 210 um einen Winkel von 180° ergibt.
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Die 5 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Loch 210, das aerodynamisch optimiert ist und bei den Verschlusselementen 200 gemäß den 2 und 3 bzw. bei den Abdeckgittern 24 und 25 der Klimatisierungseinrichtung 20 gemäß 1 eingesetzt werden kann. Das Loch 210 weist – in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den 3 und 4 – die Eigenschaft auf, in Fahrzeuglängsrichtung X jeweils nach vorn und hinten spitz zuzulaufen. Darüber hinaus ist die Kontur K des Lochs 210 wellenförmig bzw. geschwungen, wodurch ein besonders niedriger Luftwiderstand erreicht wird.
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Das Loch 210 gemäß 5 ist vorzugsweise sowohl zur Fahrzeuglängsrichtung X als auch zur Fahrzeugquerrichtung Y achsensymmetrisch.
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Die 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Klimatisierungseinrichtung 20, die bei einem Schienenfahrzeug 10 eingesetzt werden kann. Bei der Klimatisierungseinrichtung 20 gemäß 6 ist der Niederdruckbereich 20b der Klimatisierungseinrichtung 20 mit einem ein Verschlusselement bildenden Abdeckgitter 26 ausgestattet, das eine Lufteintrittsöffnung 16 in der Außenhaut 11 des Schienenfahrzeugs 10 abdeckt. Durch die Lufteintrittsöffnung 16 bzw. durch das Abdeckgitter 26 kann Umgebungsluft von außen angesaugt werden und an dem Wärmeübertrager 21b zur Kühlung vorbeigeleitet werden, so dass gekühlte Umgebungsluft durch die Innenraumauslassöffnung 31 in den Innenraum 12 des Schienenfahrzeugs 10 geleitet werden kann.
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Bezüglich der Ausgestaltung der Abdeckgitter 24, 25 und 26 gelten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den 1 bis 5 entsprechend, so dass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen sei. Beispielsweise können die Abdeckgitter 24, 25 und 26 so ausgeführt sein, wie dies im Zusammenhang mit den 2 bis 5 oben im Detail erläutert worden ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte 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.
