Wiederbelebung von alten R12 Klimaanlagen
Teil II / A: Die Klimaanlage vom Kompressor bis zum Expansionsventil
Einleitung:
Zur besseren Veranschaulichung und zum besseren Verständnis des in später folgendem Teil III beschriebenen Prüf- und Befüllvorganges der Klimaanlage werden nun erst einmal anhand eines 1965 Buick Electra 225 die Komponenten der Klimaanlage benannt. Dabei ist die Reihenfoge der Benennung entsprechend dem Fließschema des Kältemittels.
Der Kältemittelkreislauf beginnt beim Kompressor.
Die Funktion der Bauteile ist bei anderen Fahrzeugherstellern gleich oder ähnlich.
Eigentlich wollte ich die Dinge nur kurz erklären, aber das erscheint mir und ist, je weiter dieser Bericht gedeiht, sinnlos.
Die funktionalen Zusammenhänge einer Klimaanlage sind doch umfangreich und komplex. Deshalb, und um nicht das übliche „Einerlei“ zu fabrizieren, muß ich erheblich weiter ausholen. Möge es dem technisch interessierten Leser helfen.
Zu Beginn sei auf das Folgende hingewiesen.
Die zur Veranschaulichung beschriebene Klimaanlage stammt aus einem Buick Electra von 1965. Dies war ein Fahrzeug der Oberklasse. Dementsprechend ist auch die Klimaanlage in ihrer Konstruktion aufwendiger als beispielsweise eine Klimaanlage von Ford aus diesen Jahren.
So läuft bei dem hier beschriebenen System von Buick der Kompressor beim Betrieb der Klimaanlage ständig mit. Dies mindert grundsätzlich den Verschleiß des Kompressors und es wird insbesondere bei höheren Motordrehzahlen die Kompressorkupplung entlastet, da das ständige An- und Ausschalten entfällt.
Dies ist nur durch die Ergänzung eines zusätzlichen Bauteils, nämlich des Saug-Drosselventils (STV = Suction Throttle Valve), möglich. Ein weiterer Grund für den Einbau eines STV war, daß dadurch der Druck im Verdampfer annähernd konstant gehalten werden kann.
STV
Bereits in den 50er Jahren war beim 1956 Buick dieses Bauteil als sogenanntes „Hot Gas Valve“ in die Klimaanlagen eingebaut worden. Bei Chevrolet folgte dies 1958.
Hot Gas Valve
Ende der 60er Jahre hieß dieses Bauteil dann „Pilot Operated Absolute Suction Throttle Valve“ (P.O.A.).
Beispielsweise pflegte Ford erst 1972 das STV (P.O.A) in seine Klimaanlagen ein.
Selbst beim Ford Lincoln, der ja bekanntlich ein sehr hochpreisiges Fahrzeug der Oberklasse war, kam das P.O.A erst 1970 zum Einsatz.
P.O.A
Bei Chrysler hieß dieses Ventil EPR (Evaporator Pressure Regulator) und wurde Anfang der sechziger Jahre eingebaut.
In einfacheren Systemen fehlt dieses STV oder „Hot Gas Valve“ und der Kompressor wird ständig an- und ausgeschaltet.
Dieses An- und Ausschalten des Kompressors wird von einem Thermoschalter (bei GM = Thermostatic Switch, bei Ford = De-Icing Switch) bewerkstelligt, der die Temperatur des Verdampfers mißt: Verdampfer zu warm => ein- schalten, Verdampfer zu kalt (kurz vor Vereisung) => ausschalten.
Auf weitere Zusammenhänge und was nun dieses STV in Anlagen mit dauernd mitlaufendem Kompressor bewirkt, gehe ich bei Beschreibung des STV weiter unten in diesem Teil ein.
Wer noch tiefer in die umfangreiche und komplexe Materie einsteigen möchte, kann sich an der vielfältigen US-amerikanischen Literatur oder originalen Werkstatthandbücher gütlich tun.
Die Bauteile der Klimaanlage komplett…
…und im Einzelnen:
Kompressor und Hochdruckanschluß (Schnittstelle von Niederdruck- zu Hochdruckseite):
Der Kompressor komprimiert das von der Niederdruckseite kommende gasförmige Kältemittel.
Das Kältemittel steht an einem heißen Sommertag (33 °C) nun unter hohem Druck (p ≈ 13 – 19 bar) und bleibt gasförmig. Die Temperatur der Leitung ist deutlich höher als handwarm (t ≈ 60 °C), aber nicht heiß. Der Leitungsdurchmesser ist klein.
Gleichzeitig saugt der Kompressor an der Niederdruckseite des Systems.
Die Schmierung des Kompressors erfolgt bei diesen alten Anlagen mit mineralischem Kälteöl, welches sich mit dem Kältemittel mischt und immer wieder durch den gesamten Kühlkreislauf der Anlage geschleppt wird.
Der Hochdruckanschluß ist der Meßanschluß der Hochdruckseite. Hier werden die Hochdrücke bei verschiedensten Außentemperaturen, Luftfeuchtigkeiten und Luftdüsen-Austrittstemperaturen gemessen.
Schalldämpfer (Hochdruckseite):
Vom Kompressor gelangt das Kältemittel in den Schalldämpfer. Hier sollen Pumpgeräusche gedämpft werden; sonst nichts. Viele Systeme haben keinen Schalldämpfer (Ford Mustang).
Das Kältemittel steht unter hohem Druck und ist gasförmig. Die Temperatur der Leitung ist deutlich höher als handwarm, aber nicht heiß (Drücke und Temperaturen wie eben). Der Leitungsdurchmesser ist klein.
Kondensator (Hochdruckseite):
Vom Kompressor gelangt das gasförmige Kältemittel in den Kondensator und wird dort flüssig; es kondensiert.
Um das Kältemittel bei annähernd gleichbleibendem Systemdruck in diesen anderen Aggregatzustand (von gasförmig zu flüssig) zu bringen, muß diesem im Kondensator Wärme entzogen werden. Man macht sich hier das Prinzip der Kondensationswärme zunutze.
Diese Wärme wird durch den Fahrtwind oder den Kühlerventilator dem Kondensator entzogen und an die Umgebung abgeführt.
Das Kältemittel wird im Kondensator außerdem „unterkühlt“ (um ca. 8 – 12 °C), um bei gleichbleibendem Druck die vollständige Verflüssigung zu garantieren (subcooling).
Das Kältemittel muß vollständig verflüssigt werden, um im weiteren Kältemittelkreislauf voll nutzbar zu sein.
Das Kältemittel steht an einem heißen Sommertag (33 °C) unter hohem Druck (p ≈ 13 – 19 bar) und wird flüssig. Die Temperatur der Leitung ist nun handwarm( t ≈ 48 °C). Der Leitungsdurchmesser ist klein.
Trockner (Hochdruckseite):
Vom Kondensator fließt das flüssige Kältemittel in den Trockner.
Im Trockner befinden sich ein Trockenmittel und ein Filter, durch welche das Kältemittel geleitet wird. Eventuelle Feuchtigkeit wird hier gebunden. Auch soll der Trockner eine gewisse Menge an flüssigem Kältemittel bevorraten und dem weiteren Sytem vorhalten.
Das Kältemittel steht immer noch unter hohem Druck und ist flüssig. Die Temperatur der Leitung ist immer noch handwarm (Drücke und Temperaturen wie eben). Der Leitungsdurchmesser ist klein.
Oft hat der Trockner ein Schauglas (Sight Glass) an seiner höchsten Stelle (Schaugläser können aber auch in Leitungen der Hochdruckseite eingepflegt sein). Hier wird ein wirklicher Blick in das geschlossene System gewährt. Man kann durch das Schauglas das Kältemittel strömen sehen. Das optische Erscheinungsbild des Kältemittels, ob schaumig, „neblig“, etc., läßt Rückschlüsse auf den Füllgrad und den Betriebszustand der Klimaanlage zu.
Dieses optische Erscheinungsbild gilt aber nur für das Kältemittel R12. Es läßt sich lediglich tendenziell auf R12a und R134a anwenden.
Expansionsventil (Schnittstelle von Hochdruck- zu Niederdruckseite):
Vom Trockner strömt das Kältemittel zum Expansionsventil.
Das Kältemittel steht immer noch unter hohem Druck und ist flüssig. Die Temperatur der Leitung ist immer noch handwarm (Drücke und Temperaturen wie eben). Der Leitungsdurchmesser ist klein.
Das Expansionsventil regelt automatisch den Zufluß des Kältemittels in den Verdampfer.
Die Menge an Kältemittel wird dabei vom Ventil so reguliert, daß die durch den Bediener angeforderten Kühlbedingungen erfüllt werden, natürlich im Rahmen der konstuktiv vogesehenen Kühlkapazität der Klimaanlage.
Dabei bedient sich das Ventil zweierlei Stellgrößen:
Einerseits „mißt“ es die Verdampfertemperatur am Verdampferausgang. Dies geschieht mittels eines mit R12 (heute ein anderes Gas) befüllten Sensors. Entsprechend der Temperatur am Sensor, die am Verdampferausgang abgenommen wird, dehnt sich das Gas aus oder zieht sich zusammen. Dies wird dann als Druckänderung in einer Kapillare an das Expansionsventil weitergegeben.
Andererseits wird das Ventil unmittelbar mit dem vom Kompressor erzeugten Niederdruck (Saugseite des Kompressors) beaufschlagt.
Diese beiden Drücke wirken oberhalb (Druck durch „Temperaturmessung“) und unterhalb (Saugdruck des Kompressors) auf eine Membran. Die Membran bewirkt dann durch ihre Bewegung den Öffnungsgrad des Expansionsventils.
Um das Expansionsventil in Kältekreisläufen mit STV mit der Saugseite des Kompressors verbinden zu können (also auch in diesem Kreislauf) ist es zusätzlich noch mit einer Druck-Ausgleichs-Leitung (Pressure Equalizer Line) ausgerüstet.
Diese Leitung ist bei Expansionsventilen in Kreisläufen ohne STV unnötig.
Expansionsventil in Klimaanlagen mit STV …
… und ohne STV.
Demnächst mehr in Teil II / B: Die Klimaanlage