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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klimatisierung und/oder Heizen eines Kraftfahrzeugsinnenraumes.
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Die Klimatisierung von Kraftfahrzeugen dient zum einen dem Wohlbefinden und zum anderen Sicherheitsaspekten (Konzentrationsfähigkeit des Fahrers, beschlagsfreie Fensterscheiben).
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Klimaanlagen sollen die Luft im Kraftfahrzeuginnenraum in einen angenehmen Temperatur- und Feuchte-Bereich bringen bzw. halten. Dazu kann Außenluft auf dem Weg in den Fahrzeuginnenraum gefiltert, mit Innenluft vermischt, gekühlt und/oder erwärmt werden. Die letzten beiden Stufen können zum Entzug von Feuchtigkeit dienen, der speziell in den kühlen Jahreszeiten hilft, von innen beschlagene Scheiben zu vermeiden. Diese Funktion dient, neben dem Komfort, einer besseren Sicht und damit der Verkehrssicherheit. Oftmals ist ausschließlich die Funktion Kühlen der Klimaanlage zugeordnet. Kann eine Anlage nicht aktiv kühlen, wird sie im Fahrzeug als Heizung bezeichnet. Die Heizung bewirkt, dass der Fahrzeugsinnenbereich bzw. die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs auch bei niedrigen Außentemperaturen eine angenehme Temperatur aufweist. Die Heizung kann mit einer Motorkühlung des Kraftfahrzeuges gekoppelt sein.
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Es sind integrale Heiz-Klimasysteme bekannt, die geometrisch im Bereich des Fahrzeuginnenraums, z.B. im Armaturenbrett angeordnet sind. Ein Antrieb des Heizsystems und weitere Komponenten können in einen Fahrzeugwasserkasten des Kraftfahrzeugs vorgezogen sein. Im Fahrzeugsinnenraum befindet sich ein Heiz/Klimamodul und ein Verteiler.
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Derartige Heiz-Klimasysteme benötigen jedoch erheblichen Bauraum im Kraftfahrzeuginnenraum. Die Anordnung im Kraftfahrzeuginnenraum hat eine Reihe von Nachteilen zur Folge. Wegen des begrenzten Bauraums im Kraftfahrzeuginnenraum ist der Einbau von leistungsstärkeren und damit größeren Heiz-Heiz-Klimasystemen unpraktikabel oder nicht möglich. Das führt besonders bei Kraftfahrzeugen mit großem Fahrgastraum zu einem zu niedrigen Volumenstrom und Wärmemengenaustausch. Ferner ist die Heizungswirkung und -effizienz nicht ausreichend, um ein angenehmes Raumklima für den Fahrgast herzustellen.
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Auf Grund der schlechten Erreichbarkeit des Heiz-Klimasystems kompliziert sich ein Pollenfilterwechsel im dicht verbauten Armaturenbrett und ein Gebläsewechsel zu Servicezwecken ist oft nur mit Zugang über das Handschuhfach oder die kostenaufwändige Demontage des Heizgerätes möglich. Des Weiteren befindet sich das Heiz-Klimasystem nahe beim Fahrgast, wodurch eine aufwendige Geräuschdämmung eines Gebläsemotors benötigt wird. Dabei bewirkt der aus dem Armaturenbrett ragende Teil des Heiz-Klimasystems über seinen Hebelarm eine Erniedrigung der Eigenfrequenz und erschwert damit zusätzlich die Geräuschdämmung.
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Bedingt durch ungünstige Platzverhältnisse führen asymmetrisch ausgebildete Heiz-Klimasysteme zu einer Rechtslenker/Linkslenker spezifischen Ausführung. Dadurch entstehen Kostennachteile wegen erhöhter Einmalaufwendungen. Diese führen zu einem zusätzlichen Aufwand bei Entwicklung und Erprobung.
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Durch die bauraumübergreifende Lage des Heiz-Klimasystems vom Kraftfahrzeuginnenraum in den Fahrzeugwasserkasten sind komplexe Schnittstellen an Zwischenwänden unvermeidbar. Auch hier sind unter Umständen Rechtslanker/Linkslenker spezifische Ausführungen, z.B. durch Anordnung von Durchbrüchen, nötig.
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Des Weiteren benötigen derartige Heiz-Klimasysteme aufwendige, lange Medienleitung. Daher werden relativ große Mengen Kühlmittel benötigt und es befindet sich viel Kühlmedium im Umlauf, was die Trägheit des Heiz-Klimasystems erhöht.
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Ferner sind derartige Heiz-Klimasysteme nicht frei konfigurierbar. Damit sind die Vorteile eines Baukastenprinzips nicht verfügbar.
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Schließlich erschwert das Gewicht derartiger Heiz-Klimasysteme (ca. 10kg) im Armaturenbrett die Montage. Für die Befestigung des Vormontagemoduls Armaturenbrett an der Fahrzeugkarosserie wird aus diesem Grund ein gewichtsentlastender Greifer benötigt, um die Gewichtskraft und die Momente bedingt durch den langen Hebel aufzunehmen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Wege aufzuzeigen, wie ein derartiges Heiz-Klimasystem verbessert werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Klimatisierung und/oder Heizen eines Kraftfahrzeuginnenraumes eines Kraftfahrzeugs mit einer Leistungseinrichtung und einer Mischer- und Verteilereinrichtung, wobei zumindest die Leistungseinrichtung außerhalb des Fahrzeuginnenraumes und die Mischer- und Verteilereinrichtung innerhalb oder außerhalb des Fahrzeuginnenraumes angeordnet sind.
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Somit ist die Vorrichtung zweigeteilt ausgebildet, d.h. sie ist nicht integral ausgebildet. Hierdurch wird die Packagedichte im Kraftfahrzeuginnenraum verringert, wodurch zusätzlich nutzbarer Bauraum entsteht. So wird ein Luftfilterwechsel vereinfacht und ein Innenraumzugang ist nicht mehr erforderlich.
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Ferner entfallen Schnittstellen von Leitungen zum Innenraum, so dass Kühlmittelverluste und Fehlermöglichkeiten reduziert werden. Des Weiteren sind leichtere Up-Scaling Möglichkeiten gegeben, da durch eine modulare Bauweise eine einfache Leistungsanpassung realisiert werden kann. Die Akustik wird verbessert, da geräuscherzeugende Teile, wie Gebläse und Gebläsemotor, weit entfernt von Insassen angeordnet sind.
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Durch eine reduzierte Länge von Medienleitungen wird das Totvolumen dieser Leitung reduziert, so dass weniger Kältemittel benötigt wird. Dies reduziert zugleich die Trägheit der Vorrichtung, d.h. die Vorrichtung reagiert schneller und weist ein verbessertes Ansprechverhalten auf.
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Außerdem wird eine Realisierung von zwei und mehrzonigen Klimaanlagen vereinfacht, da nur der wärmeverteilende Teil, d.h. die Mischer- und Verteilereinrichtung, modifiziert werden muss. Des Weiteren werden Leckverluste des Kältemittels reduziert, da weniger Schnittstellen und Dichtungen benötigt werden. Schließlich werden Reparaturen vereinfacht, da der Kältekreislauf nicht aufgetrennt werden muss, die Leistungseinrichtung im Kraftfahrzeugmotorraum besser erreichbar ist und sich durch die Ausbildung als-Modulsystem einzelne Elemente leichter austauschen lassen.
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Bevorzugt ist die Leistungseinrichtung innerhalb eines Kraftfahrzeugmotorraumes des Kraftfahrzeugs angeordnet. In dem Kraftfahrzeugmotorraum befindet sich ein Traktionsmotor des Kraftfahrzeugs, wie z.B. ein Otto- oder Dieselmotor. So kann über kurze Versorgungsleitungen die Leistungseinrichtung mit Abwärme des Motors versorgt werden, um den Kraftfahrzeuginnenraum zu erwärmen.
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Bevorzugt ist zumindest eine Komponente der Leistungseinrichtung in einem Randbereich im Kraftfahrzeugmotorraum zwischen einem Motor des Kraftfahrzeugs und einer den Kraftfahrzeugmotorbereich begrenzenden Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet. Bei den Komponenten kann es sich z.B. um einen Verdampfer und/oder ein Expansionsventil eines Kältekreislaufes handeln. So kann freier Bauraum im Kraftfahrzeugmotorraum genutzt werden.
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Bevorzugt ist der Randbereich zwischen dem Motor des Kraftfahrzeugs und einem Seitenabschnitt der Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet. Somit befindet sich die Leistungseinrichtung in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs nicht vor oder hinter dem Motor, sondern neben dem Motor.
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Bevorzugt verbindet eine zweiflutig ausgebildete Leitung die Leistungseinrichtung mit der Mischer- und Verteilereinrichtung. Durch eine erste Leitung der zweiflutigen Leitung wird erwärmte Frischluft gefördert, während durch die zweite Leitung der zweiflutigen Leitung gekühlte Luft gefördert wird. Ferner kann eine dritte Leitung vorgesehen sein, um Luft in einem geschlossenen Kreis umzuwälzen.
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Bevorzugt weist eine Luftansaugung zur Luftversorgung der Vorrichtung einen Einlass auf, der im Bereich der Fahrzeugfront des Kraftfahrzeugs unterhalb einer Motorhaube des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. So wird verhindert, dass an der Oberfläche der Motorhaube erwärmte Luft angesaugt wird. So wird im Kühlfall der Wirkungsgrad verbessert, da keine erwärmte Luft abgekühlt werden muss.
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Bevorzugt ist der Einlass an einer Position mit einem Druckwiderstandsbeiwert von im Wesentlichen Null angeordnet. Dabei wird unter im Wesentlichen Null verstanden, dass sich kein geschwindigkeitsabhängiger Liefergrad einstellt, der die Arbeitsweise der Vorrichtung beeinflusst. So kann eine motorisch betätigte Stauklappe, die bei höheren Geschwindigkeiten den Luftstrom drosselt, entfallen.
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Ferner gehört zur Erfindung eine Leistungseinrichtung und eine Mischer- und Verteilereinrichtung für eine derartige Vorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung.
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Es wird nun die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Klimatisierung und/oder Heizen eines Kraftfahrzeugsinnenraumes.
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Dargestellt ist ein Kraftfahrzeug 1, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als PKW ausgebildet ist.
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Das Kraftfahrzeug 1 weist einen Kraftfahrzeuginnenraum 2 und einen Kraftfahrzeugmotorraum 3 auf.
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Der Kraftfahrzeuginnenraum 2 ist der Passagierbereich des Kraftfahrzeugs 1 und umfasst den umbauten Raum mit seinen Innenmaßen sowie die Innenverkleidungen, Sitze, Sitzbänke (i.A. Rücksitzbank), Armaturen und Bedienelemente. Hiervon ist in 1 ein Armaturenbrett 6 mit Auslassdüsen 10 dargestellt. Der Kofferraum wird ebenfalls dem Kraftfahrzeuginnenraum 2 hinzugerechnet.
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Im Kraftfahrzeugmotorraum 3 des Kraftfahrzeugs 1 ist u.a. ein als Traktionsmotor dienender Motor 4 angeordnet, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Hubkolbenbrennkraftmaschine, z.B. als Otto- oder Dieselmotor, ausgebildet ist.
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Zur Klimatisierung des Kraftfahrzeugs 1 ist eine Vorrichtung 7 zur Klimatisierung des Kraftfahrzeugsinnenraumes 2 vorgesehen. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 7 nur zum Heizen des Kraftfahrzeugsinnenraumes 2 ausgebildet sein.
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Die Vorrichtung 7 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweigeteilt ausgebildet und weist eine Leistungseinrichtung 7a und eine Mischer- und Verteilereinrichtung 7b auf.
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Der Leistungseinrichtung 7a sind die Kälte und Wärme erzeugenden Komponenten der Vorrichtung 7 zugeordnet, während dem Mischer- und Verteilereinrichtung 7b die restlichen Komponenten der Vorrichtung 7 zugeordnet sind.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Leistungseinrichtung 7a als Komponenten eines Kältekreislaufes zumindest einen Kühler 5, einen Kompressor 19, einen Verdampfer 20 ein Expansionsventil 21 und einen Wärmetauscher 22 auf. Ein Kühlmittelleitungspaar 17 mit einer Hin- und Rückleitung verbindet dabei kühlmittelführend den Verdampfer 20 und das Expansionsventil 21 mit dem Kompressor 19, ein Verbindungsleitungspaar 23 mit einer Hin- und Rückleitung verbindet den Wärmetauscher 22 und den Motor 4 sowie ein Verbindungsleitungspaar 25 mit einer Hin- und Rückleitung verbindet einen Kondensator 24 mit dem Kompressor 19 und dem Expansionsventil 21, und ein Verbindungsleitungspaar 18 mit einer Hin- und Rückleitung stellt eine wärmeabführende Verbindung mit dem Kühler 5 her.
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Dabei wird der Kompressor 19 im vorliegenden Ausführungsbeispiel vom Motor 4 angetrieben. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Kompressor 19 einen eigenen Antrieb aufweisen, z.B. einen Elektromotor.
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Die Leistungseinrichtung 7a ist außerhalb des Fahrzeuginnenraumes 2 angeordnet und befindet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel innerhalb des Kraftfahrzeugmotorraumes 3 des Kraftfahrzeugs 1. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Leistungseinrichtung 7a oder auch Komponenten der Leistungseinrichtung 7a im Kofferraum des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Verdampfer 20 und das Expansionsventil 21 in einem Randbereich 12 im Kraftfahrzeugmotorraumes 3 zwischen einem Motor 4 des Kraftfahrzeugs 1 und einer den Kraftfahrzeugmotorbereich 3 begrenzenden Kraftfahrzeugkarosserie 11 angeordnet, wobei der Randbereich 12 sich zwischen dem Motor 4 des Kraftfahrzeugs 1 und einem Seitenabschnitt 13 der Kraftfahrzeugkarosserie 11 befindet. Mit anderen Worten, der Randbereich 12 liegt zwischen dem Motor 4 und einem Kotflügel der Kraftfahrzeugkarosserie 11. Dabei werden unter Kotflügeln Karosserieteile von Kraftfahrzeugen verstanden, die über den Rädern des Kraftfahrzeugs angebracht sind.
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Die Mischer- und Verteilereinrichtung 7b hingegen ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel innerhalb des Fahrzeuginnenraumes 2 angeordnet. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Mischer- und Verteilereinrichtung 7b auch teilweise oder vollständig außerhalb des Fahrzeugsinnenraumes 2 befinden.
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Die Mischer- und Verteilereinrichtung 7b ist in das Armaturenbrett 6 integriert. Dabei wird unter dem Armaturenbrett 6 (auch Instrumententafel genannt) eine Anzeige- oder Instrumententafel mit Messanzeigern, wie z.B. einem Tachometer, z.B. in Form eines Kombiinstrumentes, und Bedienungshebeln verstanden. Als zum Armaturenbrett 6 dazugehörend wird auch eine Mittelkonsole angesehen, die etwa in Kniehöhe zwischen den beiden vorderen Fußräumen anfängt und sich bis zur Position der Armlehne zwischen den Vordersitzen erstreckt. Auf der Mittelkonsole sind z.B. Komfort-Bedien- und Anzeigeelemente, z.B. für Lüftung/Klimaanlage, Autoradio und/oder Navigationssystem sowie je nach Fahrzeugtyp auch der Schalthebel und Handbremsgriff angeordnet.
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Eine im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweiflutig ausgebildete Leitung 9 verbindet die Leistungseinrichtung 7a mit der Mischer- und Verteilereinrichtung 7b. Durch eine erste Leitung der zweiflutigen Leitung 9 wird erwärmte Frischluft gefördert, während durch die zweite Leitung der zweiflutigen Leitung 9 gekühlte Luft gefördert wird. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Leitung auch dreiflutig ausgebildet sein und eine Rückführleitung aufweisen, z.B. um Luft in einem geschlossen Kreis umzuwälzen.
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Die erwärmte Frischluft und gekühlte Luft werden in der Mischer- und Verteilereinrichtung 7b in einem Mischungsverhältnis gemischt, dass derart bemessen ist, um eine gewünschte Temperatur einzustellen und Frischluftzufuhr zu gewährleisten, die dann aus den Auslassdüsen 10 in den Kraftfahrzeuginnenraum 2 strömt. Dabei kann die Mischer- und Verteilereinrichtung 7b dazu ausgebildet sein, eine zwei und mehrzonige Klimaanlage zu bilden, d.h. die Fahrgäste können den verschiedenen Auslassdüsen 10 unterschiedliche Temperaturwerte und/oder Frischluftzuführraten vorgeben.
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Zur Zufuhr von Frischluft ist eine Luftansaugung 8 vorgesehen, die einen Einlass 15 aufweist, der im Bereich der Fahrzeugfront 14 des Kraftfahrzeugs 1 unterhalb einer Motorhaube des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist.
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Um auf eine motorisch betätigte Stauklappe verzichten zu können, die bei höheren Geschwindigkeiten den Luftstrom drosselt, ist der Einlass 15 im vorliegenden Ausführungsbeispiel an einer Position mit einem Druckwiderstandsbeiwert von im Wesentlichen Null angeordnet.
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Durch die Vorrichtung 7 wird die Packagedichte verringert, wodurch zusätzlich nutzbarer Bauraum entsteht. So wird ein Luftfilterwechsel vereinfacht.
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Außerdem entfallen Schnittstellen von Leitungen zum Innenraum und es sind leichtere Up-Scaling Möglichkeiten gegeben.
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Die Akustik wird verbessert, da geräuscherzeugende Teile, wie Gebläse und Gebläsemotor, weit entfernt von Insassen angeordnet sind.
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Durch eine reduzierte Länge von Medienleitungen, insbesondere des Kühlmittelleitungspaares 17, wird das Totvolumen dieser Leitungen reduziert, so dass weniger Kältemittel benötigt wird. Dies reduziert zugleich die Trägheit der Vorrichtung 7, d.h. die Vorrichtung 7 reagiert schneller und weist ein verbessertes Ansprechverhalten auf.
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Außerdem wird eine Realisierung von zwei und mehrzonigen Klimaanlagen vereinfacht, da nur der wärmeverteilende Teil, d.h. die Mischer- und Verteilereinrichtung 7b, modifiziert werden muss. Des Weiteren werden Leckverluste des Kältemittels reduziert, da weniger Schnittstellen und Dichtungen benötigt werden.
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Schließlich werden Reparaturen vereinfacht, da der Kältekreislauf nicht aufgetrennt werden muss, der Leistungsteil 7a im Kraftfahrzeugmotorraum 3 besser erreichbar ist und durch die Ausbildung als das Modulsystem sich einzelne Elemente leichter austauschen lassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Kraftfahrzeuginnenraum
- 3
- Kraftfahrzeugmotorraum
- 4
- Motor
- 5
- Kühler
- 6
- Armaturenbrett
- 7
- Vorrichtung
- 7a
- Leistungseinrichtung
- 7b
- Mischer- und Verteilereinrichtung
- 8
- Luftansaugung
- 9
- Leitung
- 10
- Auslassdüse
- 11
- Kraftfahrzeugkarosserie
- 12
- Randbereich
- 13
- Seitenabschnitt
- 14
- Fahrzeugfront
- 15
- Einlass
- 16
- Position
- 17
- Kühlmittelleitungspaar
- 18
- Verbindungsleitungspaar
- 19
- Kompressor
- 20
- Verdampfer
- 21
- Expansionsventil
- 22
- Wärmetauscher
- 23
- Verbindungsleitungspaar
- 24
- Kondensator
- 25
- Verbindungsleitungspaar
