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Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen

1. Einflüsse auf die aktive Sicherheit

• menschliches Wohlbefinden als Komponente der aktiven Sicherheit
• bessere Aufmerksamkeit, Konzentration, Reaktion →weniger Ermüdung
  •  hohe Luftfeuchtigkeit erhöht die Körperliche Belastung um ein Mehrfaches
  • erhöhte Außentemperatur verringert Sinneswahrnehmung und Kombinationsgabe
• keine beschlagenen Scheiben im Winter (geringere Luftfeuchtigkeit)
• keine Belästigung durch Zugluft, Lärm, Abgase, Blütenstaub (Luftreinigung)

2. Häufigster Bedienungsfehler durch und negative Einwirkung auf den Menschen

• Die eingestellte Temperatur darf maximal 7°C geringer als die Außentemperatur sein, d.h. bei beispielsweise 34°C sommerlicher Außentemperatur sollte die Innentemperatur minimal 27°C betragen und nicht etwa stupide auf 18°C eingestellt werden. Andernfalls können die positiven Einflüsse der Klimaanlage durch zu große Temperaturunterschiede in das genaue Gegenteil umschlagen (z.B. Erkältung und Überempfindlichkeit).
• Trotz der komfortablen Vorteile sollte auf einen regelmäßigen Betrieb der Klimaanlage verzichtet werden – wenn schon nicht aus Gründen der Sparsamkeit oder dem Umweltschutz, dann doch wenigstens aus Liebe zur eigenen Gesundheit. Routinemäßige Klimaanlagenutzung führt sowohl zu Krankheiten (u. A. durch gereizte Schleimhäute) als auch zur allgemeinen Verweichlichung, d.h. Unfähigkeit zur Duldung widriger Bedingungen (viele “können” gar nicht mehr ohne und sind bereits AC-abhängig geworden).

3. Hauptbestandteile der Klimaanlage

• Kompressor mit 38 bar Überdruckventil (Flügelzellenverdichter, Taumelscheibenverdichter mit fester oder variabler Taumelscheibe, Spiralkolbenkompressor)
• Kondensator
• Verdampfer
• Trockner (entweder mit Festdrossel oder Expansionsventil)
• Expansionsventil
• Festdrossel
• Leitungen mit Serviceanschlüssen
• Niederdruck- und Hochdruckschalter oder Trinaryschalter

3.1 Funktion der Hauptbestandteile

Kompressor

• ölgeschmierter Verdrängungsverdichter verdichtet das Kältemittel
• saugt durch den Verdampfer kaltes, gasförmiges Kältemittel mit niedrigem Druck an (2 bar, flüssiges Kältemittel ist nicht komprimierbar, würde Kompressor zerstören), verdichtet es und drückt es als heißes Gas zum Kondensator (10-16 bar)
• Trennstelle zwischen Niederdruck- und Hochdruckseite
• Magnetkupplung ist die Verbindung des Antriebs zwischen Kompressor und Fahrzeugmotor
• Überdruckventil (früher Berstplombe) öffnet bei 38bar, schließt bei 30-35bar
• zur Schmierung notwendiges Kältemittelöl im Kältemittel verbleibt zu 50% im Kompressor

Kondensator

• Wärmetauscher mit serpentinenförmigen Rohrschlangen und zahlreichen Lamellen
• entzieht dem Kältemittel durch Fahrtwind thermische Energie bzw. kühlt es ab (=Kühler)
• zwischen Kompressor und Festdrossel auf Hochdruckseite bzw. zwischen Kompressor und Trockner bei Anlagen mit Expansionsventil

Verdampfer

• arbeitet nach dem Prinzip des Wärmetauschers
• als Bestandteil des Klimagerätes mit im Heizungskasten verbaut
• Kältemittel entspannt sich durch Wärmeaufnahme vom flüssigen in gasförmigen Zustand (Wärmeaufnahme vom Fahrzeuginnenraum →Kühlung)
• kalte Lamellen kühlen, trocknen und reinigen die durchströmende Luft

Trockner

• bindet dauerhaft im System vorhandene Feuchtigkeit (6-12g Wasser) und Schmutzpartikel
• ist Ausgleichs- und Vorratsbehälter für Kältemittel (z.B. bei Temperaturschwankungen)
• Trockner mit Festdrossel (Niederdruckseite) lässt nur gasförmiges Kältemittel zum Kompressor, Trockner mit Expansionsventil verflüssigt Restgasblasen (Hochdruckseite)

Expansionsventil (im Kältemittelkreislauf mit Expansionsventil)

• Trennstelle zwischen Hoch- und Niederdruckseite im Kältemittelkreislauf wo sich das Kältemittel in den Verdampfer entspannt und diesen abkühlt
• reguliert den Kältemittelfluss zum Verdampfer, in Abhängigkeit von der Temperatur des Kältemitteldampfes am Verdampferausgang
  • steigt die Temperatur des Kältemittels, das den Verdampfer verlässt → dehnt sich das Kältemittel im Thermostat aus → der Kältemitteldurchfluss am Kugelventil zum Verdampfer wird vergrößert
  • sinkt die Temperatur des Kältemittels, das den Verdampfer verlässt → nimmt das Kältemittelvolumen im Thermostat ab → der Durchfluss zum Verdampfer am Kugelventil wird verringert
• hält Gleichgewicht zwischen Zufluss und Absaugung bei jedem Betriebszustand
• Überhitzungsregler (Kältemittelgas tritt überhitzt aus dem Verdampfer aus, damit es vollständig verdampft)

Festdrossel (im Kältemittelkreislauf mit Drossel)

• Endstelle direkt vor dem Verdampfer drosselt den Durchfluss des Kältemittels
• Trennstelle zwischen Hoch- und Niederdruckseite im Kältemittelkreislauf
• Kältemittel vor Drossel: hoher Druck + Temperatur, dahinter rapider Druckabfall
• bestimmt durch kalibrierte Bohrung die Durchflussmenge des flüssigen Kältemittels
• Halten des Kältemitteldruckes (und damit des flüssigen Zustandes auf der Hochdruckseite) bei laufendem Kompressor
• zerstäubt das Kältemittel
• Schmutzsieb vor der Engstelle, dahinter Sieb zum Zerstäuben

Serviceanschlüsse

• Schraderventile ermöglichen Befüllen und Entleeren der Anlage

Druckschalter, Sensoren

• bei unzulässigen Drücken im System wird der Kompressor abgeschlatet
• Niederdruckschalter öffnet unter 1-2 bar →Kompressor schaltet ab, weil keine Schmierung gewährleistet ist (z.B. bei Kältemittelverlust)
• Überdruckschalter öffnet ab einem Überdruck von ca. 30 bar (z.B. bei verschmutztem Kondensator oder bei starker Motorlast bei Bergauffahrt um das Kühlmittel nicht zu überhitzen [Abschaltung bei ca. 120°C, Zuschaltung bei ca. 110°C])
• Trinaryschalter auf Hochdruckseite = Hochdruckschalter + Niederdruckschalter + Kühlerlüfterschalter (schaltet bei 16bar Überdruck den Lüfter auf höhere Stufe, damit die optimale Kondensatorleistung erreicht wird

Temperaturfühler (bei Klimaautomatik)

• Temperaturfühler für Außentemperatur (in Abhängigkeit von der Außentemperatur wird vom Steuergerät die Temperaturklappe und das Frischluftgebläse gesteuert, verbaut im Fahrzeugvorbau)
• Temperaturfühler für Frischluftansaugkanal (zweite Messstelle für tatsächliche Außentemperatur, verbaut im Frischluftansaugkanal)
• Temperaturfühler für Innentemperatur (misst die tatsächliche Innenraumtemperatur, dient dem Sollwertabgleich, meist verbaut direkt im Klimastauergerät)
• Fotosensor für Sonneneinstrahlung (Fotodioden als lichtempfindliche Halbleiterelemente lassen bei stärkerem Lichteinfall einen höheren Strom fließen → Steuergerät regelt Innenraumtemperatur entsprechend über Frischluftgebläse und Temperaturklappe)

4. Kältemittelkreislauf

• Kompressor saugt gasförmiges Kältemittel an und verdichtet es auf ca. 15bar
• Temperatur des Kältemitteldampfes steigt dabei auf ca. 60-100°C an
• durch den Kondensator wird die erhöhte Temperatur an die Umgebungsluft abgegeben (ca. 56°C), das Kältemittel kondensiert und wird flüssig
• flüssiges Kältemittel wird im Flüssigkeitsbehälter gesammelt
• Anlage mit Trockner mit Festdrossel: Kältemittel gelangt direkt zum Drosselventil
• Anlage mit Trockner mit Expansionsventil: im Trockner wird dem Kältemittel Wasser entzogen und es gereinigt
• im Expansionsventil wird das flüssige Kältemittel in den Verdampfer eingespritzt (ca. 10 bar, 45°C)
• im Verdampfer entspannt sich das flüssige Kältemittel und verdampft (ca. 2 bar, 0°C)
• im Verdampfer wird der Umgebungsluft Wärme entzogen, die Außenluft abgekühlt
• die feuchte Außenluft kondensiert durch Abkühlung am Verdampfer, in der Feuchtigkeit gebundene Schmutzpartikel werden ausgeschieden, das Kondenswasser wird ins Freie geleitet
• vollständig gasförmiges Kältemittel wird wieder vom Verdichter angesaugt, der Kreislauf ist geschlossen

5. Diagnosemöglichkeiten

• Sichtprüfung
• plausible, vorgegebene Sollwerte werden mit evtl. nicht plausiblen Messwerten verglichen (siehe Tabelle Druckprüfung: abhängig von der Umgebungstemperatur werden Hochdruck, Niederdruck und Düsenaustrittstemperatur gemessen)
• Abfrage Fehlerspeicher, bei Eigendiagnosemöglichkeit Auswertung der Messblöcke
• Messung der Düsenaustrittstemperatur
• Druckprüfung mit in der Servicestation integriertem Manometer
• durch Absaugen und Wiegen Füllmittelstand erkennen
• Lecksuche mit Stickstoff, Lecksuchspray, Messgeräten

6. Instandsetzungsmaßnahmen

• Beseitigung von Geruchsentwicklung mit Reinigungsmittel (an den Verdampferlamellen hängen gebliebene Schmutzpartikel von Mikroorganismen und Pilzen geben nach jeder Stillstandsphase einen muffigen Geruch ab, vorbeugend sollte man die Klimaanlage bereits einige Minuten vor dem Abstellen des Motors ausschalten, damit das Verdampfergehäuse trocknen kann und möglichst erst keine feucht-warme Umgebung entsteht)
• Spülung der Anlage (mit Kältemittel, Stickstoff, Spülflüssigkeit)
• Reparaturen aufgrund von Feuchtigkeit (Einfrieren, Korrosion, Schmierfilmabriss →Tausch des Trockners, Sicherheitsverschlusskappen dabei erst so spät wie möglich entfernen)
• Reparaturen aufgrund mangelnder Schmierung (verbranntes, dunkel gefärbtes, stechend riechendes Öl, Metallspäne, laute Laufgeräusche)

7. Sicherheitsmaßnahmen

• Arbeiten am Fahrzeug so durchführen, dass Kältemittelkreislauf nicht geöffnet wird (z.B. bei Motorausbau Kältemittel vorher absaugen)
• direkten Hautkontakt vermeiden (Erfrierungserscheinungen bei -26°C → benetzte Hautstellen mit viel Wasser spülen)
• keine Schweiß- und Lötarbeiten, wenn die Gefahr besteht, dass sich Teile der Klimaanlage erwärmen könnten (UV-Strahlung durchdringt Schläuche und zersetzt Kältemittel)
• nach Reparaturlackierung im Trockenofen max. 80°C
• am Kältemittelkreislauf darf nur in gut belüfteten Räumen gearbeitet werden
• Kältemittel darf nicht in Schächten oder Kellerfenstern gelagert werden (schwerer als Luft, verdrängt Sauerstoff) → Erstickungsgefahr in Montagegruben

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