06 - Aufbau und Funktion

Der Fahrzeuginnenraum muss mit ausreichend Frischluft versorgt werden. Diese muss gereinigt, gekühlt bzw. beheizt und entfeuchtet sein. Die Luft muss so geleitet werden, dass ein Luftaustausch stattfindet, die Scheiben nicht beschlagen und keine Zugluft entsteht.

Für die Frischluftversorgung des Fahrgastraums wird Außenluft durch den vorderen Windlaufgrill geleitet und durch Filter (Pollen-/Aktivkohlekombinationsfilter) in das Fahrzeuginnere gezogen. Die gereinigte Luft wird daraufhin entsprechend erwärmt oder abgekühlt und durch mehrere Luftdüsen im Fahrgastraum verteilt.

Danach verlässt sie das Fahrzeug durch Luftauslässe. Diese bestehen aus einer Anordnung von Gummiklappen, die sich meistens in einer der rückwärtigen Säulen hinter der Verkleidung oder unter dem hinteren Stoßfänger befinden. Besteht kein Luftstrom, sind die Klappenventile geschlossen, um das Eindringen von Abgasen zu verhindern.

Der Luftaustausch wird über einen elektrischen Gebläsemotor unterstützt. Die durch den Gebläsemotor angesaugte Frischluft wird zunächst in das Gehäuse – Luftverteilung geleitet.

Im Inneren des Gehäuses befindet sich ein System aus Luftkanälen und Luftklappen.

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten für das Lüftungssystem Luft anzusaugen: Frischluft von außen und Umluft aus dem Fahrgastraum.

Zu diesem Zweck gibt es am Gehäuse – Luftverteilung zwei Lufteinlässe, die wechselweise von einer Luftklappe verschlossen werden.

Das Betreiben der Anlage im Umluftbetrieb ermöglicht es, störende Gerüche in der Außenluft fernzuhalten und die Kühlleistung der Klimaanlage zu steigern. Jedoch erhöht sich bei längerem Gebrauch der Umluftfunktion, durch die Atmung der Fahrzeuginsassen, die Luftfeuchtigkeit im Fahrzeug. Dadurch können die Scheiben beschlagen.

Besonders bei intensiver Sonneneinstrahlung kann die aufgeheizte Innenraumluft, bei Fahrzeugen ohne Klimaanlage, nur durch Luft mit Umgebungstemperatur ausgetauscht werden.

Sollen ein geöffnetes Fenster oder Schiebedach oder höhere Lüfterdrehzahl zur Behaglichkeit beitragen, führt dies meist zu Zugluft und anderen Belästigungen wie Lärm, Abgase und Blütenstaub.

Folgende Darstellung zeigt die Temperaturen mit und ohne Klimaanlage.

Die unterschiedliche Temperaturverteilung bei Fahrzeugen mit Klimaanlage wird durch ein System aus Luftkanälen, Luftklappen, Sensoren und Aktoren im Fahrzeug erreicht.

Defrost-Funktion

Besonders bei tiefen Außentemperaturen oder einer hohen Luftfeuchtigkeit im Innenraum, z.B. durch regenfeuchte Kleidung, kommt es schnell zum Beschlagen der Scheiben. Bei solchen Witterungs- und Temperaturbedingungen kann die Defrost-Taste manuell angewählt werden. Die Defrost-Ausströmer befinden sich an der Windschutzscheibe, gegebenenfalls auch in den Türen und in der B-Säule.

Nach Betätigung der Defrost-Funktion werden alle anderen Ausströmer geschlossen. Der Kompressor und das Gebläse arbeiten dabei mit maximaler Leistung.

Manuelle Klimaanlagen

Bei der manuellen Temperaturregelung werden vom Fahrer je nach Bedarf Temperatur, Gebläsedrehzahl und Luftverteilung geregelt. Nachdem die Luft im Verdampfer gekühlt und gereinigt worden ist, durchströmt sie den Heizungswärmetauscher. Hier unterscheidet man zwischen wasserseitiger und luftseitiger Temperaturregelung.

Meist wird die wasserseitige Temperaturregulierung verbaut. Hier wird der Kühlmitteldurchfluss über ein Kühlwasserventil beeinflusst. Diese Ventile können manuell über Bowdenzüge oder elektrisch betätigt werden.

Bei luftseitig regulierten Heizungen fließt ständig ein Maximum an Kühlmittel durch den Heizungswärmetauscher. Eine Temperaturklappe lenkt den Luftstrom entweder am Wärmetauscher vorbei oder teilweise bzw. ganz durch seine Lamellen hindurch. Bei allen Klimaanlagen strömt die gesamte Frischluft zunächst durch das Gebläse und dann durch den Verdampfer.

Vollautomatische Klimaanlage

Bei der vollautomatischen Klimaanlage wird nicht nur die Heiz- oder Kühlleistung, sondern auch die Gebläsedrehzahl und die optimale Luftverteilung geregelt.

Die Klimaanlage wählt immer die optimalen Einstellungen, mit der sich der vom Benutzer vorgewählte Zustand möglichst schnell erreichen lässt.

Über die Bedieneinheit gibt der Fahrer seine Wunschtemperatur ein. Diese wird durch das Steuergerät mit den Sensorwerten verglichen und über die Anpassung der Gebläsedrehzahl sowie die Ansteuerung der Luftverteilerklappen und der Temperaturklappen geregelt. Die automatische Regelung kann über die Tasten in der Bedieneinheit auch manuell beeinflusst werden.

In der Betriebsart „ECON oder AC off“ schaltet der Kompressor aus. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Bei HV-Fahrzeugen wirkt sich dies positiv auf die nutzbare Reichweite aus.

Jede Klimaanlage hat im Hochdruckkreis einen Druckschalter, oder bei neueren Anlagen einen Drucksensor.

Der Druckschalter erfüllt drei Aufgaben

• Er schaltet bei zu geringem Druck (2 bar) die Magnetkupplung beziehungsweise den Kompressor ab. Dies kann z.B. bei Kältemittelverlust eintreten.
• Bei einem Überdruck von ca. 24 bis 32 bar (abhängig vom System) deaktiviert er die Magnetkupplung beziehungsweise den Kompressor. Dieser Überdruck kann z.B. auf Grund eines stark verschmutzten Kondensators auftreten.
• Außerdem schaltet er bei 16 bar Überdruck den Lüfter eine Stufe höher, damit eine optimale Kondensatorleistung erreicht wird.

Sehr oft werden Druck- und Temperaturschalter als Sicherheitseinrichtung gegen Drucküber- oder Druckunterschreitung bzw. gegen Temperaturüber- oder Temperaturunterschreitung eingesetzt.

Er erfasst den Kältemitteldruck und wandelt die physikalische Größe Druck in ein elektrisches Signal um. Im Unterschied zum Druckschalter für Klimaanlagen werden nicht nur die festgelegten Druckschwellen erfasst, sondern wird der Kältemitteldruck im gesamten Arbeitszyklus überwacht.

Aus den Signalen werden die Belastung des Motors durch die Klimaanlage und die Druckverhältnisse im Kältemittelkreislauf erkannt. Über das Steuergerät für den Kühlerlüfter erfolgt das Ein- und Ausschalten der nächsthöheren Stufe des Kühlerlüfters und der Magnetkupplung des Kompressors.

Erhält das Steuergerät für den Kühlerlüfter keine Signale, wird aus Sicherheitsgründen der Kompressor abgeschaltet.

Das Sensorelement, das den Druck feststellt, arbeitet nach einem kapazitiven Verfahren.

Diese Arbeitsweise lässt sich vereinfacht an einem elektrischen Plattenkondensator veranschaulichen. Dabei wird durch Druckänderungen im Kältemittelkreis der Abstand der Kondensatorplatten im Sensor verändert.

Mit dem Abstand der Kondensatorplatten ändert sich auch die Kapazität, also die Fähigkeit des Kondensators, elektrische Energie zu speichern. Die Kapazität eines Kon-densators wird in Farad [F] gemessen.

Verringert sich der Abstand, steigt die Kapazität, vergrößert sich der Abstand, sinkt die Kapazität des Kondensators. Dies wird von der Sensorelektronik erfasst und in ein Spannungssignal umgewandelt, das zum Druck proportional ist.

Verschiedene Testverfahren haben ergeben, dass besonders bei tiefen Außentemperaturen das obere Drittel der Frontscheibe sehr kalt wird und daher zum Beschlagen neigt. Um diesen Bereich zu erfassen, ist der Geber für Luftfeuchtigkeit im Fuß des inneren Rückspiegels verbaut.

Damit davon ausgegangen werden kann, dass die gemessene Luftfeuchtigkeit an dieser Stelle der Frontscheibe auch annähernd in den übrigen Bereichen der Scheibe vorhanden ist, sorgt ein kontinuierlicher und geringer Luftstrom aus den Defrost-Ausströmern für eine gute Durchmischung der Luft am Erfassungsbereich des Gebers.

Durch Luftschlitze im Gebergehäuse gelangt die Luft an die Sensorfläche. Für die Regelung der automatischen Defrostfunktion erfasst der Sensor folgende Messwerte:

• Luftfeuchtigkeit,
• zugehörige Temperatur am Geber und
• die Scheibentemperatur.

Der Sensor ist im Bereich der Frischluftansaugung im Wasserkasten zusammen mit dem Temperaturfühler des Frischluftansaugkanals verbaut.

Er hat die Aufgabe, Schadstoffe in der Außenluft festzustellen. Dabei ist bei der Entwicklung des Sensors davon ausgegangen worden, dass Schadstoffe in der Luft, zum Beispiel bei einer Tunneldurchfahrt, als oxidierbare oder reduzierbare Gase vorkommen. Das Signal des Sensors wird vom Steuergerät der Klimaautomatik für die automatische Umluftfunktion benötigt. Ist diese Funktion eingeschaltet, wird automatisch die Staudruckklappe geschlossen und die Umluftklappe geöffnet, wenn der Sensor in der angesaugten Frischluft Schadstoffe feststellt.

Er ist unter einem Filter aus dunklem, für die Sonnenstrahlung durchlässigen Kunststoff zwischen den Defrostausströmern in der Schalttafel oder im Dachmodul (im Innen-spiegelgehäuse) verbaut. Der Sensor erfasst die Stärke und Richtung der Sonneneinstrahlung.

Er ist hinter dem Verdampfer im Klimagerät verbaut und erfasst die Lufttemperatur nach dem Verdampfer. Mit Hilfe dieses Signals kann das Steuergerät der Klimaautomatik die Kompressorleistung exakt auf die Anforderungen der Insassen anpassen. Dieser Temperaturfühler ist ein NTC-Sensor.

Er ermittelt die Temperatur zwischen den Kühlrippen des Verdampfers und leitet das Signal an das Klimasteuergerät weiter. Bei Verdampfertemperaturen unter ca. +3°C wird der Kompressor abgeschaltet.

Dadurch wird das Vereisen des Verdampfers durch gefrierendes Kondenswasser verhindert. Bei einigen Systemen ist anstelle dieses Gebers der Temperaturschalter für Verdampfertemperatur im Einsatz. Über diesen wird die Stromzufuhr zur Magnetkupplung direkt unterbrochen. Andere Systeme regeln diese Funktion über einen Außentemperaturschalter.

Die Kältemittelkreisläufe der Klimaanlagen unterscheiden sich durch die Methoden, bzw. Expansionsorgane, mit denen die Verdampfung des Kältemittels geregelt wird. Diese sind die Festdrossel oder das Expansionsventil.

Der Kältemittelkreislauf teilt sich in eine Hochdruck- und eine Niederdruckseite auf. Das jeweilige Bauteil stellt die Grenze zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite dar. Die Verdampfung des Kältemittels wird auf der Niederdruckseite geregelt, seine Kondensation auf der Hochdruckseite.

Das gasförmige Kältemittel wird vom Kompressor (A) angesaugt und verdichtet. Dadurch wird es auf eine Temperatur zwischen 70 °C und 110 °C erhitzt.

Danach wird das Gas in den Kondensator (C) gefördert. Der Kondensator wird durch den Fahrtwind bzw. den Luftstrom eines Zusatzgebläses (nicht dargestellt) abgekühlt, so dass das Kältemittel vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergeht (kondensiert).

Das flüssige Kältemittel wird nun durch die Festdrossel (E) geleitet. Diese hat einen konstanten Querschnitt (kalibrierte Bohrung), durch den eine bestimmte Durchflussmenge des Kältemittels festgelegt ist.

Hinter der Festdrossel, die sich vor dem Einlass zum Verdampfer (F) befindet, fällt der Druck rapide ab und das Kältemittel beginnt unter Wärmeaufnahme zu verdampfen. Der Luft, die durch den Verdampfer strömt, wird dadurch Wärme entzogen.

Wenn die Luft abkühlt, kondensiert die in ihr enthaltene Feuchtigkeit und schlägt sich am Verdampfer (F) nieder. Schmutzpartikel, die mit der Außenluft eindringen, bleiben an den feuchten Verdampferlamellen haften.

Am Verdampfer bildet sich ständig neues Kondenswasser. Dadurch wird der Schmutz abgespült und durch Drainageleitungen abgeleitet. Auf diese Weise wird die angesaugte Außenluft von der Klimaanlage gereinigt.

Die gekühlte Luft wird vom Gebläse durch das Luftverteilungssystem in das Fahrzeuginnere geleitet.

Das Kältemittelgas wird dann durch den Auffangbehälter mit Trockner (I) geleitet, um zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel vom Kompressor angesaugt wird. Dies würde zu einer Zerstörung des Kompressors führen. Der Auffangbehälter dient außerdem als Ausgleichsgefäß und Vorratsbehälter für Kältemittel und Kältemittelöl.

Prinzipiell funktioniert der Kältemittelkreislauf mit Expansionsventil wie der mit Festdrossel.

Anstelle einer Festdrossel mit konstantem Querschnitt wird zur Regulierung der Kältemittelmenge, die in den Verdampfer strömt, ein regelndes (temperatur- und druck-gesteuertes) Expansionsventil (F) eingesetzt.

Anstatt eines Auffangbehälters mit Trockner auf der Niederdruckseite, wird ein Flüssigkeitsbehälter mit Trockner (C) auf der Hochdruckseite eingesetzt.

Damit nur wasserfreies, flüssiges Kältemittel zum Expansionsventil geleitet wird, wird dieses gefiltert und die Feuchtigkeit durch das Trockenmittel aufgenommen. Außerdem dient der Auffangbehälter mit Trockner als Reservoir für das flüssige Kältemittel.

Kompressoren in Fahrzeugklimaanlagen bewirken den Umlauf des Kältemittels. Sie sind ölgeschmierte Verdrängungsverdichter. Sie arbei­ten nur, wenn die Klimaan­lage eingeschaltet ist.

Der Kompressor erhöht den Druck und dadurch auch die Temperatur des Kältemittels. Ohne diese Druckerhöhung wären später eine Expansion und damit eine Abkühlung des Kältemittels in der Klimaanlage nicht möglich.

Zur Schmierung wird ein spezielles Kältemittelöl verwendet, das zu etwa 50 % im Kompressor verbleibt, während der Rest mit dem Kältemittel zirkuliert.

Der Kompressor saugt durch den Verdampfer kaltes, gasförmiges Kältemittel mit niedrigem Druck an. Der gasförmige Zustand ist für den Kompressor „lebenswichtig“, denn flüssiges Kältemittel ist nicht komprimierbar und würde den Kompressor zerstören (vergleiche Wasserschlag beim Motor). Der Kompressor verdichtet das Kältemittel und drückt es als heißes Gas zum Kondensator (Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes). Er ist somit eine der beiden Trennstellen zwischen Niederdruck- und Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes.

Unter optimalen Betriebsbedingungen verdichtet der Kompressor das Kältemittelgas von ca. 2 bar auf 12 bar bis 18 bar. Die Temperatur des Kältemittels steigt dabei auf einen Wert zwischen 70 °C bis 110 °C.

Das Ventil (früher Berstplombe) ist direkt am Kompressor oder am Flüssigkeitsbehälter angebracht. Es öffnet bei ca. 38 bar und schließt, wenn der Druck nachgelassen hat bei 30 bar bis 35 bar. Abhängig von der Ausführung kann eine Kunststoffscheibe angebracht sein, die ausbricht, sobald das Ventil angesprochen hat. In diesem Falle ist die Ursache für den Überdruck im System zu ermitteln. Der Wechsel der Berstplombe (Kunststoffscheibe) ist nur bei leerem System möglich.

Mit der Magnetkupplung wird die Verbindung des Antriebs zwischen Kompressor und Fahrzeugmotor bei laufendem Motor hergestellt.

Die Kupplung besteht aus

• Riemenscheibe mit Lager,
• Federplatte mit Nabe und
• Magnetspule.

Auf der Kompressor-Antriebswelle ist die Nabe der Federplatte fest montiert. Die Riemenscheibe ist auf dem Gehäuse des Kompressors am Wellenausgang drehbar gelagert. Kompressorgehäuse und Magnetspule sind fest miteinander verbunden. Im spannungslosen Zustand beträgt der Abstand (A) zwischen Federplatte und Riemenscheibe meist 0,3 mm bis 0,5 mm.

Funktion

Der Fahrzeugmotor treibt über den Keilrippenriemen die Riemenscheibe an. Sie läuft bei ausgeschaltetem Kompressor frei mit. Wird der Kompressor zugeschaltet, wird an die Magnetspule Spannung angelegt. Es bildet sich ein magnetisches Feld. Dieses zieht die Federplatte an und stellt eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Riemenscheibe und Antriebswelle des Kompressors her. Der Kompressor läuft mit. Er läuft solange mit, bis der Stromkreis zur Magnetspule unterbrochen wird.

Kompressoren für Klimaanlagen arbeiten nach verschiedenen Verfahren. Man unterscheidet

• Hubkolbenverdichter
• Spiralverdichter (Scroll-Kompressor)
• Flügelzellenverdichter
• Taumelscheibenverdichter

Des Weiteren können die Kompressoren nach der Art der Regelung in intern und extern geregelte Kompressoren eingeteilt werden.

Im Folgenden werden der Taumelscheiben- sowie der Spiralverdichter beschrieben.

Die Drehbewegung der Antriebswelle wird über die Taumelscheibe in eine Axialbewegung der Kolben umgesetzt.

Je nach Bauart können das 3 bis 10 Kolben sein, die zentrisch um die Antriebswelle angeordnet sind. Jedem Kolben ist ein Saug-/Druckventil zugeordnet. Diese öffnen/schließen im Rhythmus des Arbeitstaktes automatisch.

Eine Klimaanlage ist auf die maximale Drehzahl des Kompressors ausgelegt. Die Leistung der Kompressoren ist aber abhängig von der Motordrehzahl. Dabei können Drehzahlunterschiede des Kompressors von 0 bis 6000 1/min auftreten. Dies hat auf die Befüllung des Verdampfers und damit auf die Kühlleistung der Klimaanlage Einfluss.

Kompressoren mit variablem Hubraum

Zur Anpassung an unterschiedliche Motordrehzahlen, Umgebungstemperaturen oder vom Fahrer gewählte Innentemperaturen wurden leistungsgeregelte Kompressoren mit veränderlichem Hubraum entwickelt. Die Regelung geschieht durch eine Veränderung des Winkels der Taumelscheibe.

Kompressoren mit konstantem Hubraum

Beim Kompressor mit konstantem Hubraum erfolgt die Anpassung an den Kälteleistungsbedarf durch periodisches Ein- und Ausschalten mit Hilfe der Magnetkupplung.

Der selbstregelnde Kompressor läuft im Klimabetrieb ständig mit. Durch veränderliche Schrägstellung der Taumelscheibe, die in Längsrichtung in einer Gleitschiene geführt wird, kann der Hub der Kolben und damit die Förderleistung bestimmt werden. Der Bereich der Förderleistung liegt zwischen 100% (oberer Anschlag) und 5% (unterer Anschlag).

Kammerdruck

Im Kompressor entstehen 3 Druckarten: Hoch-, Nieder- und Kammerdruck.

Der Hochdruck ist der Druck, der beim Verdichten auf der Druckseite des Kompressors entsteht. Seine Größe ist abhängig vom Kühlleistungsbedarf. Bei hohem Kühlleistungsbedarf baut sich der vom Kompressor erzeugte Druck schnell in Richtung Kondensator ab, da relativ viel Kältemittel am Expansions- bzw. Drosselventil verdampft. Dies ist der Fall bei hohen Außentemperaturen oder wenn vom Fahrer die maximale Kühlleistung eingestellt wird. Der Hochdruck ist dann verhältnismäßig gering. Der Niederdruck entsteht beim Ansaugen. Hoch- und Niederdruck entstehen also auf der Kolbenoberseite.

Die Schrägstellung der Taumelscheibe ist vom Kammerdruck und somit von den Druckverhältnissen an der Kolbenober- und Kolbenunterseite abhängig. Sie wird durch Federn vor und hinter der Taumelscheibe unterstützt. Der Kammerdruck wird durch den am Regelventil anliegenden Hoch- und Niederdruck und durch die kalibrierte Drosselbohrung bestimmt.

Bei ausgeschalteter Klimaanlage sind Hoch-, Nieder- und Kammerdruck gleich. Die Federn vor und hinter der Taumelscheibe stellen diese auf eine Förderleistung von etwa 40 % ein.

Bei niedrigem Kammerdruck besteht eine hohe Förder- und Kühlleistung.

Hoch- und Niederdruck relativ hoch:

• Faltenbalg 2 wird durch den Hochdruck zusammengedrückt.
• Faltenbalg 1 wird durch den relativ hohen Niederdruck auch zusammengedrückt.
• Das Regelventil öffnet, der Kammerdruck wird über die Niederdruckseite abgebaut
• Die zusammengesetzte Kraft aus dem Niederdruck auf die Kolbenoberseiten und die Kraft der Feder 1 wird größer als die zusammengesetzte Kraft aus dem Kammerdruck auf die Kolbenunterseiten und Kraft der Feder 2.

Dadurch nimmt die Schrägstellung der Taumelscheibe zu, der Hub wird größer und somit steigt die Förderleistung.

Hoch- und Niederdruck relativ niedrig:

• Der Faltenbalg 2 dehnt sich aus.
• Der Faltenbalg 1 dehnt sich durch den relativ niedrigen Niederdruck auch aus.
• Das Regelventil schließt, die Niederdruckseite wird gegen den Kammerdruck verschlossen.

Der Kammerdruck nimmt über die kalibrierte Drosselbohrung zu:

• Die zusammengesetzte Kraft aus dem Niederdruck auf die Kolbenoberseite und die Kraft der Feder 1 wird kleiner als die zusammengesetzte Kraft aus Kammerdruck auf die Kolbenunterseiten und Kraft der Feder 2.

Dadurch nimmt die Schrägstellung der Taumelscheibe ab, der Hub wird kleiner und somit sinkt die Förderleistung.

Einbauort und Aufgabe

Das elektrische Magnet-Regelventil ist in den Kompressor eingeschoben und wird durch einen Federring gesichert. Es bildet die Schnittstelle zwischen dem Nieder-, Hoch- und Kurbelgehäusedruck im Kompressor und ist eine Voraussetzung für den kupplungslosen Betrieb. Die Verstellung der Taumelscheibe wird durch diese unterschiedlichen Drücke bewirkt.

Funktion

Wird z.B. eine höhere Kühlleistung gefordert, wird das Regelventil vom Steuergerät der Klimaautomatik angesteuert. Durch ein pulsweitenmoduliertes Spannungssignal wird ein Stößel im Regelventil bewegt. Die Zeitdauer der anliegenden Spannung bestimmt dabei den Verstellweg. Durch die Verstellung wird der Öffnungsquerschnitt zwischen dem Hochdruck und dem Druck im Kurbelgehäuse des Kompressors verändert. Der Kurbelgehäusedruck sinkt ab und bewirkt über den Kolbenhub eine größere Schrägstellung der Taumelscheibe.

Das Fördervolumen des Kältemittels wird von unter 2 % bis 100% eingeregelt. Dies ermöglicht den Verzicht auf die Magnetkupplung.

Der Vorteil dieses Klimakompressors ist, dass er keine Einschaltstöße während der Regelung hervorruft. Weiterhin entfällt das Problem mit der verschleißbehafteten Magnetkupplung. Schaltet der Fahrer vermeintlich die Klimaanlage aus, regelt das Regelventil die Förderleistung auf unter 2% und damit sinkt auch die Antriebsleistung. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass über die Wintermonate, in der die Klimaanlage lange Zeit abgeschaltet ist, der Kompressor mitläuft und weiterhin geschmiert wird.

Schutzfunktion

Ein mechanischer Defekt des Kompressors oder eine unzureichende Schmierung durch fehlendes Kältemittel (dadurch fehlendes Kältemittelöl) kann zu einem Blockieren der Kompressor-Antriebswelle führen. Dies kann in Folge eine Beschädigung des Riementriebes und damit des Motors verursachen. Um dies auszuschließen, gibt es die folgende Schutzfunktion:

Aus dem Signal des Gebers für Kältemitteldruck und Temperatur erkennt das Steuergerät der Klimaautomatik einen möglichen Kältemittelverlust. Tritt ein vollständiger Verlust auf, wird die Kühlfunktion ausgeschaltet.

Riemenscheibe mit integriertem Überlastschutz

Kompressor in Funktion (1)

Die Keilrippen-Riemenscheibe und die Mitnehmerscheibe sind durch ein Gummiformelement kraftschlüssig verbunden. Bei funktionsfähigem Kompressor drehen sich beide Scheiben im gleichen Verhältnis miteinander.

Kompressor blockiert (2)

Es kommt zum Stillstand der Mitnehmerscheibe. Dadurch steigen die Übertragungskräfte zwischen der Riemen- und der Mitnehmerscheibe stark an. Das Gummiformelement wird von der Riemenscheibe in Drehrichtung auf die blockierte Mitnehmerscheibe gedrückt.

Die Ausformungen am Gummiformelement werden abgeschert und die Verbindung zwischen der Riemenscheibe und der Mitnehmerscheibe getrennt. Die Riemenscheibe dreht sich nun ungehindert weiter. Eine Beschädigung des Keilrippenriemens wird dadurch verhindert und ein Motorschaden ausgeschlossen.

Der Scroll-Kompressor besteht aus zwei ineinander liegenden Spiralen. Beide sind in einem zylindrischen Gehäuse gelagert, die eine fest, die andere auf einer Antriebswelle.

Die bewegliche Spirale wird durch die Antriebswelle in eine kreisförmige Bewegung versetzt, ohne dabei gedreht zu werden. Zwischen den beiden Spiralen befinden sich sichelförmige Verdichtungskammern, die sich durch die Bewegung der angetriebenen Spirale vergrößern und verkleinern.

Wenn sich die Verdichtungskammern vergrößern, saugen sie gasförmiges Kältemittel an. Verkleinern sich die Verdichtungskammern, wird das Kältemittelgas komprimiert. Der Kompressor benötigt kein Einlassventil, da die bewegliche Spirale den Einlass selbsttätig verschließt. Da gleichzeitig mehrere Gastaschen verdichtet werden, ergibt sich ein sehr gleichmäßiger Prozess ohne Druckschwankungen. Am Auslass (in der Mitte der feststehenden Spirale) befindet sich ein Zungenventil. Es verhindert ein Zurückströmen von Kältemittelgas bei abgeschaltetem Kompressor.

Der Verdampfer arbeitet nach dem Prinzip eines Wärmetauschers und im Heizungskasten verbaut. Bei eingeschalteter Klimaanlage wird der Luft, die zwischen den Lamellen des kalten Verdampfers hindurch strömt, Wärme entzogen. Diese Luft wird dabei gekühlt, getrocknet und gereinigt.

Funktion

Das vom Expansionsventil freigegebene Kältemittel wird im Verdampfer entspannt, der dabei stark abkühlt. Es wird in den gasförmigen Zustand überführt, wobei es siedet. Beim Sieden im Verdampfer liegen die Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt des Wassers.

Die zum Verdampfen notwendige Wärme entzieht das Kältemittel seiner Umgebung also der Luft, die den Verdampfer durchströmt. Diese Luft wird abgekühlt in den Fahrgastraum geleitet. Die Feuchtigkeit der abgekühlten Luft setzt sich am Verdampfer an den Stellen ab, wo die Taupunkttemperatur unterschritten ist, und kondensiert. Die Luft wird getrocknet. Dadurch wird das Klima im Fahrzeuginnenraum dem Fahrerwunsch entsprechend hergestellt. Der Verdampfer reinigt auch die Luft. Schwebestoffe, die in der Luft enthalten sind, setzen sich zusätzlich zur Feuchtigkeit am Verdampfer ab.

Der Kondensator ist im Fahrzeug grundsätzlich vor dem Motorkühler eingebaut. Dadurch erhöht sich sein Wirkungsgrad. Er wird nach dem Einschalten der Klimaanlage durch den Kühlerlüfter gekühlt, um den Kältemittelkreislauf zu gewährleisten.

Im Kältemittelkreislauf befindet sich der Kondensator auf der Hochdruckseite, zwischen Kompressor und Festdrossel bzw. zwischen Kompressor und dem Flüssigkeitsbehälter mit Trockner bei Anlagen mit Expansionsventil.

Der Kondensator ist ein Wärmetauscher mit serpentinenförmigen Rohrschlangen, die mit zahlreichen Lamellen fest verbunden sind.

Der Wärmeaustausch im Kondensator erfolgt durch Luftkühlung. Die Kühlung wird durch den Fahrtwind und den Kühlerlüfter erreicht, je nach Ausführung noch mit Zusatzlüfter. Der Lüfter läuft meist zeitgleich beim Einschalten der Klimaanlage an. Er wird durch den Hochdruckschalter in der Kältemittelleitung, oder durch den temperaturabhängigen Kühlerlüfterschalter im Kühlmittelkreislauf, oder vom Steuergerät angesteuert.

Funktion

Vom Kompressor kommend, wird oben in den Kondensator heißes, gasförmiges Kältemittel mit einer Temperatur von ca. 50 °C bis 70 °C eingedrückt. Die Rohre und Lamellen des Kondensators nehmen Wärme auf. Kühle Außenluft wird über den Kondensator geleitet, sie nimmt Wärme auf und das Kältemittelgas wird dadurch abgekühlt. Beim Abkühlen kondensiert das Kältemittel und tritt unten flüssig aus dem Kondensator aus.

Verunreinigungen am Kondensator oder Beschädigung der Kühllamellen mindern den Luftdurchsatz, was die Kühlleistung und auch die Motorkühlung beeinträchtigen.

Der Auffangbehälter mit Trockner ist auf der Niederdruckseite zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor an einer warmen Stelle im Motor eingebaut.

Er dient als Ausgleichsgefäß, Vorratsbehälter für das Kältemittel mit Kältemittelöl und als Schutz für den Kompressor.

Funktion

Das vom Verdampfer kommende gasförmige Kältemittel tritt in den Behälter ein. Falls sich Spuren von Feuchtigkeit im Kältemittel befinden, werden diese im integrierten Trockner gebunden. Der Trockner enthält ein spezielles hygroskopisches Granulat.

Das Kältemittelgas sammelt sich oben im Bereich der Kunststoffkappe und wird über das U-Rohr garantiert gasförmig vom Kompressor angesaugt. Dadurch ist bei diesem System sichergestellt, dass nur gasförmiges Kältemittel und keine Flüssigkeitströpfchen vom Kompressor angesaugt werden. Somit wird eine Beschädigung des Kompressors verhindert.

Das Kältemittelöl sammelt sich am Boden des Auffangbehälters. Das vom Kompressor angesaugte Kältemittelgas nimmt über eine Bohrung im U-Rohr Kältemittelöl auf. Ein Filtersieb verhindert, dass verunreinigtes Kältemittelöl durch die Bohrung dringen kann.

Die Einbauposition des Flüssigkeitsbehälters mit Trockner ist auf der Hochdruckseite zwischen dem Kondensator und dem Expansionsventil.

Der Flüssigkeitsbehälter dient im Kältemittelkreislauf mit Expansionsventil als Ausgleichs- und Vorratsbehälter für das Kältemittel.

Bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel der Wärmebelastung an Verdampfer und Kondensator, oder der Drehzahl des Kompressors wird auch unterschiedlich viel Kältemittel durch den Kreislauf gepumpt. Zum Ausgleich dieser Schwankungen ist der Flüssigkeitsbehälter in den Kreislauf eingebunden.

Vom Trockner wird Feuchtigkeit chemisch gebunden. Je nach Ausführung kann er 6 g bis 12 g Wasser aufnehmen. Die Aufnahmemenge ist von der Temperatur abhängig und steigt mit sinkender Temperatur.

Außerdem setzt sich Abrieb vom Kompressor und Montageschmutz ab.

Funktion

Vom Kondensator kommend, tritt das flüssige Kältemittel seitlich in den Behälter ein. Es wird dort gesammelt, durchströmt den Trockner und fließt durch das Steigrohr im kontinuierlichen, ununterbrochenen Strom blasenfrei zum Expansionsventil.

Der Flüssigkeitsbehälter wird nach jedem Öffnen des Kältemittelkreislaufes ersetzt. Er ist vor dem Einbauen so lange wie möglich geschlossen zu halten, damit die Feuchtigkeitsaufnahme im Trockner aus der Umgebungsluft gering bleibt.

Das Expansionsventil ist an der Stelle positioniert, an der sich das Kältemittel in den Verdampfer entspannt und diesen abkühlt. Es bildet die Trennstelle zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite im Kältemittelkreislauf.

Mit dem Expansionsventil wird der Kältemittelfluss zum Verdampfer in Abhängigkeit von der Temperatur des Kältemitteldampfes am Verdampferausgang reguliert. Im Verdampfer wird nur so viel Kältemittel entspannt, wie notwendig ist.

Regelung des Expansionsventils

Der Kältemittelfluss wird durch das Expansionsventil temperaturabhängig gesteuert. Steigt z.B. die Temperatur des vom Verdampfer kommenden Gases in der oberen Ventilbohrung (7) an, so wird über den Thermofühler (4) auch das im Membrankopf (5) eingeschlossene, flüssige Kältemittel erwärmt. Dieses dehnt sich aus und drückt über eine Membran (6) und einen Ventilschieber (2) die Kugel im Ventilsitz nach unten, so dass sich der Ventilsitz öffnet. Dadurch wird der Kältemittelzufluss zum Verdampfer vergrößert, der Verdampfer kühlt sich ab und die Temperatur des ausströmenden Gases sinkt wieder. Das Kugelventil schließt wieder, sobald die Temperatur im Verdampfer absinkt und das Kältemittel im Membrankopf sich abkühlt.

Die Drossel ist eine Engstelle im Kältemittelkreislauf, unmittelbar vor dem Verdampfer. Diese Engstelle reduziert den Durchfluss des Kältemittels. Vor der Drossel ist das Kältemittel unter hohem Druck warm. Mit dem Passieren der Drossel erfolgt ein rapider Druckabfall. Das Kältemittel wird bei niedrigem Druck kalt. Die Drossel bildet somit die Trennstelle zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite im Kältemittelkreislauf.

Eine Abdichtung garantiert, dass das Kältemittel die Drossel nur an der Engstelle passiert.

Aufgabe der Drossel ist zum einen die Bestimmung der Durchflussmenge des Kältemittels. Dies erfolgt mit Hilfe der kalibrierten Bohrung. Durch diese kann nur eine dem Druck entsprechende Menge des Kältemittels fließen. Zum anderen soll die Drossel den Druck bei laufendem Kompressor auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes halten und damit den flüssigen Zustand des Kältemittels gewährleisten. In der Drossel erfolgt ein Druckabfall.

Bedingt durch eine teilweise Verdampfung des Kältemittels findet eine Abkühlung vor dem Eintritt in den Verdampfer statt. Die Drossel besitzt vor der Engstelle ein Schmutzsieb. Hinter der Engstelle ist ein Sieb zum Zerstäuben des Kältemittels, bevor es in den Verdampfer gelangt.