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Klimaanlage

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Kühlen im KFZ

Eine verdampfende Flüssigkeit nimmt Energie in Form von Wärme auf und kühlt so ihre Umgebung. Dieses Eigenschaft ist auch nutzbar zum Kühlen von Fahrzeugen. Einfache Vorrichtungen verdampfen Wasser mit Hilfe des Fahrtwindes. Komplexere Anlagen verfluessigen und verdampfen spezielle Kältemittel in geschlossenem Kreislauf, angetrieben durch einen Kompressor. Letztere bezeichne ich im Folgenden als 'Klimaanlage'

Zunächst nach der Bedienung unterscheiden sicht:
-Manuelle Klimaanlagen, haben lediglich einen Ein/Aus -Schalter
-Temperaturgeregelte Anlagen, messen die Fahrzeuginnentemperatur zum Ein/Aus -schalten
-Automatische Anlagen, regeln darüber hinaus Luftmenge und Luftaustritt

Steuerungen, die über die manuelle Klimaanlage hinausgehen sind u.U. sehr fahrzeugspezifisch und deshalb nicht Gegenstand dieser Beschreibung.
Eine Klimaanlage setzt sich aus folgenden Komponeten zusammen:
-Kompressor
-Verdampfer
-Sammler/Trockner
-Expansionsventil/Drosselventil
-Kondensator
Bauformen gibt es mehrere. So kann die komplette Anlage in einem Gehäuse auf dem Fahrzeugdach untergebracht sein, im PKW ist die Klimaanlage in den Motorraum und den Fahrzeuginnenraum integriert und die Einzelkomponenten mit Schläuchen verbunden. In aller Regel wird der Kompressor hier über einen Riemen und eine Magnetkupplung vom Fahrzeugmotor direkt angetrieben.
So funktioniert die Klimaanlage:
Schaltet man die Klimaanlage ein, schließt die Magnetkupplung und der Kompressor wird angetrieben. Er zieht das gasförmige Kältemittel an und komprimiert es. So unter Druck gesetzt wird das Kältemittel heiß und in den Kondensator gepumpt. Dieser findet sich vor dem Fahrzeugkühler und funktioniert auch als Kühler. Das Kältemittel kondensiert an der grossen kühlen Lamellenoberfläche des Kondensators, wird also flüssig, bleibt aber unter Druck. Denn anschließend muß das Kältemittel durch eine Engstelle, durch das Drossel- oder Expansionsventil. Bis hierhin spricht man von der Hochdruckseite. Der Rest der Anlage, bis zum Kompressor, ist die Niederdruckseite. Nach dem Ventil beginnt das Kältemittel gasförmig zu werden, der Verdampfer, ein Wärmetauscher im Fahrzeuginnenraum, bietet dem Kältemittel Wärmeenergie und Raum um vollständig zu Verdampfen und dann wieder vom Kompressor angesaugt zu werden. Hier ein Überblick über übliche Druck- und Temperaturwerte am Beispiel einer Klimaanlage mit R134a in Betrieb:



Bei Klimaanlagen mit Expansionsventil sitzt der Sammler auf der Hochdruckseite, hat die Anlage ein Drosselventil, sitzt er auf der Niederdruckseite. Der Sammler dient als Vorratsbehälter für das Kältemittel.

Hier eine Beispieltabelle mit Richtwerten für den Anlageninnendruck (R134a) abhängig von der Außentemperatur:




Die Anlage kann weitere Komponenten haben:
Der Trockner reinigt das Kältemittel von Wasser und Verschmutzungen, ein Schauglas auf der Hochdruckseite ermöglicht eine Kontrolle der Füllmenge. Ein Gebläse am Kondensator verbessert die Kühlung des Kältemittels, ein Gebläse am Verdampfer (idR der Heizungslüfter) verbessert die Wärmeaufnahme des Kältemittels aus der Innenluft. Ein Druckschalter auf der Hochdruckseite und/oder ein Druckschalter auf der Niederdruckseite schalten die Magnetkuplung ab wenn der Anlageninnendruck zu hoch oder zu niedrig wird. Das Expansionsventil kann über einen Wärmefühler am Verdampfer geregelt sein. Zusätzlich zu diesen mechanischen Steuerungen, kann die Klimaanlage, unter Auswertung von Wärmedaten, auch elektronisch geregelt sein.

Als Kältemittel für Fahrzeugklimaanlagen wurde bis 1995 in Deutschland meistens R12 eingesetzt, aber 1995 in Deutschland verboten und durch R134a ersetzt. Diese beiden Gase lassen sich nun nicht beliebig gegeneinander austauschen, sie haben unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften, und so unterscheiden sich auch die entsprechenden Anlagen. Augenfälligster Unterschied ist das anders geformte Füllventil. Anlagen mit R134a sind mit der Farbe grün markiert. Außerdem bestehen Dichtungen und Schläuche aus anderen Materialien. Der wichtigste Unterschied besteht aber im Schmieröl des Kompressors. Das muss passen, da es sonst zu chemischen Reaktionen und infolge zur Zerstörung der Anlage kommen kann.



Pflege der Klimaanlage:
Eigentlich nur eine Frage der Bedienung.
Einschalten sollte man die Klimaanlage nur bei niedrigen Motordrehzahlen, möglichst nicht bei Vollgas. Das schont den Keilriemen, die Magnetkupplung und den Kompressor.
Einmal im Monat sollte man die Klimaanlage in Betrieb nehmen, auch im Winter. Einfach um die beweglichen Teile (Magnetkupplung und Kompressor) in Gang zu halten und die Dichtungen zu pflegen. Von Zeit zu Zeit empfiehlt es sich, den Verdampfer äußerlich zu reinigen. Dort kondensiert Wasser aus der Innenluft. Zusammen mit Staub und anderen Ablagerungen die ideale Grundlage für ein nettes Kleinbiotop. Dazu gibt es im Zubehörhandel spezielle Sprays.
Für dieses Kondenswasser hat der Wagen Abflußöffnungen. Von Zeit zu Zeit sollte man kontrollieren ob die noch offen sind, sonst wird sich das Wasser im Innenraum sammeln.
Sofern die Anlage ein Schauglas hat, kann man auch hin und wieder nach dem Kühlmittelstand sehen. Das Schauglas sollte bei laufender Anlage blasenfrei mit Flüssigkeit gefüllt sein. Manche Kompressoren haben ebenfalls ein Schauglas für den Ölstand. Bei ruhendem Kompressor sollte das Öl bis zur Hälfte stehen. Auch sollte man darauf achten, ob eventuell Öl aus dem Kompressor austritt.
Kältemittel diffundiert durch die Schläuche und Dichtungen, geht also permanent verloren. Bei R134a ist dieser Effekt sehr viel stärker als bei R12. Deshalb wird es irgendwann nötig sein, die Anlage nachzufüllen. Meine Handbücher sagen, daß eine Kliamanlage schon nach 2 – 4 Jahren 'leer' sein kann. Meine Empfehlung wäre, einmal jährlich von einem Fachunternehmen nachfüllen zu lassen. Natürlich gilt aber immer zuerst mal das, was in der Betriebsanleitung der Klimaanlage steht! Dort werden sich auch Angaben zu Wechselintervallen für Kältemittel und Öl und finden. Beide sind stark hygroskopisch

Arbeiten am System
naja, eigentlich ist das nur was für Fachleute.
Erst die Hinweise zur Unfallverhütung:
Kältemittel kann bei Erwärmung zu Giftgas werden!!
Kältemittel ist schwerer als Luft und kann in Gruben die Atemluft verdrängen.
Außerdem kann es ätzen. Daneben besteht beim Umgang mit Druckbehältern immer eine gewisse Explosionsgefahr. Man sollte also wissen, was man tut.

Mit kleinen Fehlern kann man an der Klimaanlage sehr viel Schaden verursachen! Folgendes ist dringend zu beachten:
-Kältemittel ist umweltgerecht zu entsorgen!!
-Es ist oberste Sauberkeit geboten!!
-Feuchteeintrag ist unbedingt zu vermeiden!!
-Das System ist immer zügig wieder zu schließen!!
-Zur Schmierung des Kompressors und der Dichtungen (beim Einbau) darf nur das vorgeschriebene Öl verwendet werden!
-Zur Füllung dürfen nur für die Anlage zulässige Kältemittel verwendet werden!
-Die Füllmittelmenge muss exakt eingehalten werden!
-Zur Leckprüfung sind ausschliesslich speziell dafür geeignete Kontrastmittel zu verwenden!
-Zum Abdrücken der Anlage ist reiner Stickstoff (keinesfalls Pressluft!!) zu verwenden!
-Es dürfen nur Neuteile eingebaut werden, die zur Anlage und zum Kältemittel passen, dies gilt insbesondere für Schläuche und Dichtungen!
-Vor dem Befüllen ist die Anlage nach Vorschrift zu evakuieren, besser länger als zu kurz!
-Auch wenn die Anlage vorher keinen Trockner hatte, sollte man bei Reparaturen einen einbauen, damit sie von eventuell doch eingetragener Verschmutzungen oder Wasser gereinigt wird.

Wasser im Kreislauf hat verheerende Folgen für die physikalischen Eigenschaften des Kältemittels und des Schmieröls und kann schnell zur Zerstörung wesentlicher Teile führen. Man benötigt also für Arbeiten an der Klimaanlage entsprechende Maschinen und Werkzeuge und weiterführende technische Informationen. Weiterhin die speziellen Füllmittel. Da dies alles sehr teuer ist, dürfte sich der Aufwand für einen Heimwerker kaum lohnen.

Lohnen kann sich aber schon, Bescheid zu wissen. Etwa darüber, daß es für R12 Ersatz gibt, und man nicht die ganze Anlage auf R134a umbauen lassen muss.

Fehlerdiagnose an der Klimaanlage
Zunächsteinmal sieht man der Magnetkuplung an, ob der Kompressor läuft. Läuft der Fahrzeugmotor, dreht die Riemenscheibe am Kompressor immer mit. Bei ausgeschalteter Anlage nur der äußere Ring, schaltet man die Anlage ein, schliesst die Magnetkuplung und der innere Ring der Riemenscheibe läuft ebenfalls mit. Damit auch die Welle des Klimakompressors. Mit der Hand kann man nun fühlen, ob einer der beiden Schläuche am Kompressor heiss wird. Weiter kann man mit Hilfe eines Thermometers die Temperatur am Luftaustritt im Innenraum messen. Bei 20° Aussentemperatur sollte diese zwischen 3° und 6,5° liegen, bei 35° Aussen wäre ein Wert zwischen 6° und 10° Innen in Ordnung (R134a). Jedenfalls muß eine deutliche Abkühlung feststellbar sein. Bei Außentemperaturen über 40° funktioniert die Anlage möglicherweise nicht mehr, einfach systembedingt. Ebenso bei niedriger Außen- und Innentemperatur (Wie kommt man eigentlich auf die Idee, die Klimaanlage einzuschalten wenn im Wagen nur 5° sind?) Zum Verdunsten brauch das Kältemittel schon etwas Wärme :-)

Nun gehe ich mal davon aus, daß die Randbedingungen so sind, daß man die Anlage eigentlich betreiben kann, sie tut es aber nicht. Sprich, die Magnetkuplung schaltet nicht.
Mögliche Ursachen:
-Kein Strom
-Die Anlage ist leer, der Druckschalter schaltet deshalb nicht
-Die Magnetkuplung ist kaputt

Zunächst geht man dem Kabel von der Magnetkuplung aus nach und prüft mit einer Prüflampe, ob an der Steckverbindung Strom anliegt. Wenn ja, ist die Magnetkuplung kaputt. Zum Testen kann man sie direkt an die Batteriepole anschließen. Funktioniert sie jetzt, ist weiter zu prüfen, weshalb unter Last die Spannung für die Magnetkuplung nicht genügt.
Liegt an der Steckverbindung bei eingeschalteter Klima kein Strom an, kann man weiter testen indem man den Motor anläßt und die Magnetkuplung per Batteriedirektanschluß schließt. Schäden am Klimakompressor selbst, sollten jetzt zu hören sein !! Ist der O-Ring der Kompressorwelle defekt läuft nun an dieser Stelle Öl raus. In diesem Fall brauch der Kompressor eine neue Dichtung, das Öl ist aufzufüllen, ebenso das Kältemittel.
Läuft kein Öl, sollte der hochdruckseitige Schlauch vom Kompressor zum Kondensator (also nach vorne) jetzt schnell spürbar wärmer werden.
VORSICHT!! Da die Anlage ja einen Fehler hat, läßt man sie höchstens einige Minuten laufen.
Wenn da nichts warm wird, hat die Anlage nicht genügend Füllung und kann keinen Druck aufbauen.
Nach Ermittlung der Ursache des Kältemittelverlusts und entsprechender Abhilfe, wäre sie neu zu befüllen. Baut sie aber Druck auf, und der Schlauch wird heiss, liegt der Fehler vermutlich beim Druckschalter, bei der Steuerung oder auf dem Weg dahin. Wird der falsche Schlauch heiß, ist etwas oberfaul. Entweder sind die Schläuche vertauscht, oder das Innenleben des Kompressors ist kaputt. Der Fehler ist nun immerhin eingegrenzt, der nächste Weg geht zum Fachbetrieb um sich die dortige Diagnose anzusehen.

Nächstes Szenario:
Der Kompressor läuft, der richtige Schlauch wird warm, aber Innen kommt keine kalte Luft.
Mögliche Ursachen:
-Zuwenig Kältemittel
-Verstopfung im System

Werkzeug-/Materialliste

einfache Prüflampe

Bemerkungen

Die ist zunaechst eine Funktionsbeschreibung. Wird aber noch erweitert.
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