Klimaanlage im Fahrzeug: Funktionsweise und Komponenten

Klimaanlage: Grundlagen und Funktionsweise

Das Ziel der Klimaanlage ist die Verringerung und Kontrolle der Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftreinheit im Fahrzeuginnenraum.

Die ideale Temperatur in der Kabine liegt bei etwa 21 °C bis 24 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 40 % und 70 %. Die eingesetzten Systeme sind vom Typ des kontinuierlichen Zyklus.

Ziele der Klimatisierung

• In kürzester Zeit eine konstante Temperatur im Fahrzeug erreichen und halten.
• Eine Reihe von Temperaturen auswählen, um Komfort zu gewährleisten, je nach Außentemperatur und Physiologie des Fahrers.
• Die richtige Luftfeuchtigkeit in der Kabine halten und Kondensation an der Windschutzscheibe verhindern.

Zustandsänderungen

Es ist der Übergang eines physikalischen Elements von einem Zustand in einen anderen (fest, flüssig und gasförmig).

Arten von Zustandsänderungen:

Fusion (Schmelzen):

Übergang von festem in den flüssigen Zustand.

Verfestigen (Erstarren):

Übergang von flüssig zu fest.

Verdampfung:

Übergang eines Fluids von flüssig zu gasförmig.

Kondensation:

Übergang eines gasförmigen Fluids zu flüssig.

Sublimation:

Umwandlung eines Feststoffs in Gas.

Das Klimaanlagensystem (A/A) basiert auf dem Prinzip des Wärmeaustauschs.

Die Kühlung wird durch Zustandsänderungen (Verdampfung und Kondensation) erzeugt.

• Die Verdampfung erfolgt durch Wärmeabsorption.
• Die Kondensation erfolgt durch Wärmeabgabe.

Parameter eines idealen Gases

Druck, Volumen und Temperatur sind die Parameter, die den Zustand eines idealen Gases beschreiben.

Wenn diese Größen variiert werden, durchläuft das Gas eine Zustandsänderung.

Phasen der Kälteerzeugung

1. Kompressor

   Der Kompressor saugt das Kältemittel als Niederdruck-Dampf an und verdichtet es auf ca. 12 bar. Dabei steigt die Temperatur auf etwa 80 °C (Hochdruck-Dampf mit hoher Temperatur).

2. Kondensator

   Das Kältemittel verlässt den Kompressor und tritt mit einer Temperatur von ca. 50 °C als Hochdruck-Dampf in den Kondensator ein.

   Im Kondensator erfolgt die Wärmeabgabe an die Umgebungsluft. Das Kältemittel geht dabei von einem gasförmigen (Dampf-) Zustand in einen flüssigen Zustand über (Verflüssigung). Es bleibt unter hohem Druck, die Temperatur sinkt auf ein mittleres Niveau. Dies geschieht hauptsächlich durch den Fahrtwind und die Wirkung der Lüftermotoren.

3. Filtertrockner & Expansionsventil

   Anschließend durchläuft das Kältemittel den Filtertrockner und gelangt zum Expansionsventil (Druckminderer). Hier liegt es als Flüssigkeit unter hohem Druck und mittlerer Temperatur (ca. 45 °C) vor.

   Am Expansionsventil fällt der Druck von ca. 12 bar auf etwa 3,5 bar, und die Temperatur sinkt auf ca. 5 °C. Dabei wechselt der Zustand des Kältemittels von flüssig zu einem Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf (ca. 20 % Dampfanteil) bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur.

   Dieser Druck- und Temperaturabfall führt zur Verdampfung eines Teils der Flüssigkeit (ca. 20 %).

4. Verdampfer

   Das Kältemittelgemisch (Flüssigkeit + Dampf) tritt mit einer Temperatur von ca. 5 °C und niedrigem Druck in den Verdampfer ein.

   Im Verdampfer strömt die Umgebungsluft (Kabinenluft) durch die Kühllamellen. Dabei nimmt das Kältemittel die Wärme aus der Luft auf und verdampft vollständig. Die Temperatur der Kabinenluft sinkt von ca. 10 °C auf etwa 5 °C.

   Das Kältemittel verlässt den Verdampfer als Niederdruck-Dampf bei niedriger Temperatur und kehrt zum Kompressor zurück, um den Kreislauf zu schließen.

Zusammenfassung des Kältekreislaufs

Der Kältekreislauf in einer Klimaanlage folgt dieser Abfolge:

Kompressor (ca. 80 °C) → Kondensator (ca. 50 °C) → Filtertrockner → Expansionsventil (ca. 5 °C) → Verdampfer (ca. 10 °C) → Kompressor.

Funktion der Hauptkomponenten:

Kompressor:

Erhöht den Druck des Kältemittels und treibt es durch den Kreislauf.

Kondensator:

Verflüssigt das Kältemittel durch Wärmeabgabe an die Umgebung.

Filtertrockner:

Entfernt Schmutz und Feuchtigkeit aus dem Kältemittelkreislauf.

Expansionsventil:

Reduziert den Druck des Kältemittels und senkt dessen Siedepunkt, um eine effiziente Verdampfung zu ermöglichen.

Verdampfer:

Nimmt Wärme aus der Kabinenluft auf und kühlt diese, bevor sie in den Innenraum gelangt.

Kältemittel

Eigenschaften:

• Niedriger Gefrierpunkt.
• Niedriger Siedepunkt.
• Geringe Entflammbarkeit.
• Nicht ätzend oder oxidierend.
• Gute Mischbarkeit mit speziellen Schmierstoffen.
• Anpassung an Umweltstandards.

Das am häufigsten verwendete Kältemittel ist derzeit R134a.

Sein Siedepunkt liegt bei -26,5 °C bei Normaldruck und der Gefrierpunkt bei -101 °C.

Kältemittelöl

Eigenschaften:

• Nicht schäumend.
• Nicht einfrierend.
• Gute Mischbarkeit mit dem Kältemittel.
• Muss gereinigt und getrocknet sein, um Eisbildung im Kreislauf zu vermeiden.

Häufig verwendete Öle sind synthetische PAG (Polyalkylenglykole).

Wichtige Hinweise zum Umgang:

• Behälter immer geschlossen halten.
• Als gefährlicher Abfall entsorgen.
• Kein Altöl verwenden.
• Haltbarkeitsdatum beachten.
• Mineralöle nicht mit synthetischen Ölen mischen.