Klimatisierung von Fahrzeugen

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Chrysler Imperial von 1953 mit "Airtemp" System.

Die Klimatisierung von Fahrzeugen dient zum einen dem Wohlbefinden und zum anderen Sicherheitsaspekten (Konzentrationsfähigkeit des Fahrers, beschlagsfreie Fensterscheiben).[1] Sie kann durch mehrere Maßnahmen erreicht werden: Einleitung von Fahrtwind, Lüftungsanlagen, Fahrzeugheizung und/oder Klimaanlagen.

Kraftfahrzeuge[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Klimaanlagen sollen die Luft im Fahrzeuginnenraum in einen angenehmen Temperatur- und Feuchte-Bereich bringen bzw. halten. Dazu kann Außenluft auf dem Weg in den Fahrzeuginnenbereich 1. gefiltert, 2. mit Innenluft vermischt, 3. gekühlt und 4. erwärmt werden. Die letzten beiden Stufen können zum Entzug von Feuchtigkeit dienen, der speziell in den kühlen Jahreszeiten hilft, von innen beschlagene Scheiben zu vermeiden. Diese Funktion dient, neben dem Komfort, einer besseren Sicht und damit der Verkehrssicherheit. Oftmals ist ausschließlich die Funktion „kühlen“ der Klimaanlage zugeordnet. Kann eine Anlage nicht aktiv kühlen, wird sie im Fahrzeug als Heizung bezeichnet.

Die erste voll funktionsfähige Klimaanlage nach heutigem Prinzip soll von W. H. Carrier 1911 erfunden worden sein. Im Bereich der Klimaanlagen im Automobil wurden diese zuerst 1938 von Nash und im selben Jahr auch von Studebaker eingebaut.[2] Der grundsätzliche Aufbau ist seitdem im Wesentlichen unverändert, die Ansteuerung und Ausprägung sind jedoch immer weiter verbessert worden. Im Oberklassesegment waren Klimaanlagen in großen Stückzahlen seit den späten 1960er Jahren anzutreffen, heute gehören sie oft zur Basisausstattung vieler Fahrzeuge oder sind als Ausstattungsoption erhältlich.

Taster mit Funktionsbeleuchtung und Drehsteller zum Einstellen der Luftmenge und Temperatur einer Klimaanlage (BMW)

Käufer können meist zwischen zwei Klimasystemen wählen: der manuell regelbaren Klimaanlage und der selbst regelnden Klimaautomatik.

  • Bei der manuellen Variante kühlt die Anlage nur in der jeweils eingestellten Stufe. Kühlt der Fahrzeuginnenraum nun im Betrieb zu weit ab, muss manuell nachjustiert werden. Auch können wechselnde Umgebungsverhältnisse (z. B. Tunnelfahrt oder sich ändernde Sonnenstrahlung) eine manuelle Anpassung der Kühlstufe erforderlich machen.
  • Bei der Klimaautomatik hingegen stellt der Bediener die gewünschte Temperatur ein, und die Technik sorgt (z. B. mit Hilfe von Temperatursensoren im Innenraum) für das Erreichen und das Beibehalten dieser Temperatur durch automatische Regelung der Kühlleistung. Detektieren Sensoren eine Abweichung von der eingestellten Temperatur, wird die Kälteleistung automatisch angepasst.

Durch die Funktionsart arbeitet eine Klimaautomatik meist effizienter, was zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs führt: Nur die jeweils erforderliche Leistung wird von der Anlage abgerufen, der (häufig) unnötige Dauerbetrieb wird vermieden.

Moderne Klimaanlagen regeln neben der Innenraumtemperatur auch die Luftmenge (durch automatische Wahl der Gebläsestufe) und die Luftverteilung (durch Ansteuern der verschiedenen Luftauslässe im Fußbereich, Personenanströmer oder die der Fensterscheibe). Einige Anlagen nutzen für eine verbesserte Regelung einen Sonnenstandssensor (auch: Solarsensor). Dieser ermittelt Einstrahlrichtung und -stärke der Sonnenstrahlung und führt zu einer Abkühlung der betroffenen Seite des Fahrzeugs oder des gesamten Fahrzeuginnenraums, um den Wärmeeintrag durch die Sonne zu kompensieren. Manche Fahrzeuge besitzen eine automatische Umluftfunktion, die bei schlechter Außenluft aktiviert wird oder schalten bei Einlegen des Rückwärtsgangs vorübergehend auf Umluftbetrieb, um das Ansaugen der eigenen Abgase zu vermeiden.

Eine erweiterte Variante stellt vor allem in hochklassigeren Fahrzeugen die Mehrzonen-Klimaanlage dar: Sie ermöglicht eine separate Einstellung für Fahrer und Beifahrer (bei einigen können auch für den Fondbereich separate Einstellungen vorgenommen werden).

Funktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine Kompressionsklimaanlage funktioniert wie ein Kühlschrank: Eine verdampfende Flüssigkeit erzeugt Verdampfungskälte (ähnlich der Verdunstungskälte) oder ein expandierendes Gas erzeugt Expansionskälte. Mit diesem kontinuierlich erzeugten Kühlungsprozess wird über einen Wärmetauscher das Sekundärmedium Innenraumluft abgekühlt. Im Alltagsgebrauch ist dieser Effekt bspw. beim Leeren einer Sprühdose erlebbar, wobei die entstehende Verdampfungskälte des Treibmittels der Sprühdose Wärme entzieht und diese dadurch abkühlt. Dieser Effekt wird in der Klimaanlage mit Hilfe eines Kältemittels (innerhalb eines geschlossenen Systems) kontinuierlich erzeugt. Das danach gasförmige bzw. ausgedehnte Kältemittel muss im Kreislauf wieder komprimiert und verflüssigt werden, wobei Hitze entsteht (mehr als der Kühlleistung im Innenraum entspricht; siehe Wärmepumpe). Diese Hitze wird vom Innenraum ferngehalten und an die Außenluft abgegeben.

Kältekreislauf[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kältekreislauf (Schema)
Schaubild einer Klimaanlage im Fahrzeug – 1: Klimakompressor mit Magnetkupplung 2. Kondensator mit Elektrolüfter 3. Flüssigkeitsbehälter mit Filtertrockner 4. Expansionsventil 5. Verdampfer 6. Gebläse 7. Temperaturfühler 8. Ausgleichsleitung 9. Temperatur-Unterdruckschalter

Das in einem geschlossenen Kreislauf und unter hohem Druck stehende flüssige Kältemittel wird durch ein Expansionsventil (linkes Bild: 2) in einen Raum mit niedrigerem Druck (blauer Kreislaufteil) entspannt. Dabei wird das flüssige Kältemittel in den Verdampfer (3) eingespritzt, es kann sich ausdehnen und wechselt den Aggregatzustand zu gasförmig. Das entsprechende Bauteil wird als Verdampfer (3) bezeichnet; dieser Wärmetauscher ist in der Regel im Gebläsekasten hinter der Instrumententafel verbaut. Das Expansionsventil ist somit die Stelle, an der sich das Kältemittel in den Verdampfer (3) entspannt und diesen abkühlt.

Das Kältemittel besitzt bei Normaldruck einen eher niedrigen Siedepunkt (ca. −23 °C) und verdampft hier bereits bei niedrigen Temperaturen. Die für die Kabine zu kühlende Luft, die zur Kraftstoffeinsparung hauptsächlich aus bereits abgekühlter Umluft und nur wenig warmer Außenluft besteht, wird nun außen an den Lamellen des Verdampfers (3) im Gebläsekasten vorbeigeleitet. Die für den Verdampfungsprozess des Kältemittels notwendige Wärme im Verdampfer (3) wird der vorbeiströmenden Luft entzogen und kühlt diese ab. Gleichzeitig kann die Luft durch Kondensation auch Feuchtigkeit abgeben, da kalte Luft weniger Feuchtigkeit binden kann als warme. Das entstehende Kondenswasser an den Lamellen des Verdampfers wird durch einen Schlauch nach außen geleitet. So erklären sich Wasserlachen aus Kondenswasser unter geparkten Fahrzeugen. Die abgekühlte Luft wird durch anschließende Erwärmung trockener und wird über die Ausströmer in den Fahrzeuginnenraum geleitet.

Klimakompressor mit Riemenscheibe.

Das durch die Verdampfung im Verdampfer (3) gasförmig gewordene Kältemittel wird nun zum Kompressor (4) weitergeleitet. Dieser sorgt auch für den Transport des Kältemittels im System. Der in der Regel vom Fahrzeugmotor durch Riemenantrieb angetriebene Kompressor saugt das gasförmige Kältemittel an und verdichtet es stark in den roten Kreislaufteil (ca. 15 bar). Dabei steigt die Temperatur des Kältemittels auf ca. 56 °C.

Danach wird das komprimierte, gasförmige und heiße Kältemittelgas in einem nachgeschalteten Kondensator (1) abgekühlt. Dabei wird der aufgrund des hohen Drucks deutlich über −23 °C liegende Taupunkt des Kältemittels unterschritten, so dass sich dieses (wieder) verflüssigt. Die dabei zusätzlich entstehende Kondensationswärme wird ebenfalls an die Außenluft abgegeben, üblicherweise ähnlich wie beim Motorkühler. Daher ist der Kondensator im Regelfall im Karosserievorbau vor dem Motorkühler im Fahrtwind stehend verbaut und ähnelt diesem in Erscheinungsbild und Größe. In der Regel wird dieser durch einen Lüfter ergänzt, um z. B. bei Stau die nötige Wärmeabfuhr zu gewährleisten.

Bevor das Kältemittel nun wieder in den Verdampfer (3) gelangt, wird dem Kältemittel in einem Filtertrockner (nicht eingezeichnet) gegebenenfalls eingeschlepptes Wasser und Verunreinigungen (z. B. Abriebteile vom Kompressor) entzogen. Das gereinigte und verflüssigte Kältemittel gelangt nun wieder zum Expansionsventil (2). Hier wird das flüssige Kältemittel in den Verdampfer (3) eingespritzt. So schließt sich der Kreislauf aus Verdampfung und Kompression.

Klimaregelung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Fahrzeuge mit Klimaautomatik verfügen heute meist auch über eine Außentemperaturanzeige mit Frostwarner. Der von Fahrtwind, Motorabwärme und direkter Sonneneinstrahlung entkoppelt verbaute Temperatursensor versorgt auch die Klimaanlagensteuerung mit der Außentemperatur. Aus der Differenz zwischen der einstellbaren Sollkabinentemperatur (meist +16 °C bis +30 °C) und der gemessenen Außentemperatur wird automatisch zwischen Heiz- und Kühlbetrieb umgeschaltet sowie auch die anzufordernde Heiz- und Kälteleistung bestimmt.

Energieverbrauch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

So lange die Klimaanlagensteuerung wenig oder gar keine Kälte anfordert, wird mit geeigneten Mitteln dafür gesorgt, dass der Kompressor (4) weniger Druck aufbauen kann, somit widerstandsärmer über den Riemenantrieb mitläuft, den Verbrennungsmotor weniger belastet und damit ebenfalls weniger bis keinen zusätzlichen Kraftstoff verbraucht. Oft wird diese Funktion vom Expansionsventil (2) übernommen, das dann nicht mehr vollständig schließt, sondern noch entsprechend geöffnet bleibt. Deshalb nennt man dieses Ventil auch „Drossel“ (2).

Moderne Fahrzeuge verfügen oft auch über ein sogenanntes „Intelligentes Energiemanagement“. Neben der Hauptfunktion „bedarfsgerechte Batterienachladung“ erfüllen hochentwickelte Exemplare eine weitere Funktion: Sobald von Zusatzverbrauchern wie Lichtmaschine und Kompressor keine Maximalleistung angefordert wird, wird deren Betrieb von teuren Zeiten in solche verschoben, in denen Energie ungleich preiswerter zur Verfügung steht. Am billigsten ist diese während des Betriebs der Motorbremse. Hier steht Energie sozusagen als Abfallprodukt zur Verfügung. Der Motor soll maximal abgebremst werden ohne Werkstattkosten für Bremsenverschleiß zu verursachen oder gar die Bremsflüssigkeit zum Sieden zu bringen. Stattdessen wird mit dem Energieüberschuss die Batterie nachgeladen sowie der Verdampferkühlkörper bei reduzierter Lüfterleistung mit „Kälte aufgeladen“. Am zweitbilligsten ist Energie bei niedriger Motordrehzahl und hoher Drehmomentabnahme, da hier der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren maximal ist. Am zweitteuersten ist Energie bei hoher Motordrehzahl und am teuersten während des Leerlaufs, da es hier einzig auf die Erhaltung des selbständigen Verbrennungsmotorlaufs bei minimalem Treibstoffverbrauch ankommt. Hier wird der Energiekonsum von Zusatzverbrauchern zu Gunsten des Gesamtverbrauchs nach Möglichkeit reduziert oder ganz unterbunden. Zusatzverbraucher benötigen für deren Anpassung an diese Wechsel der Betriebsarten eine gewisse Verzögerungszeit.

Bei Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen und Fahrzeugen mit ausgeprägter Start-Stopp-Automatik werden in der Regel elektrisch angetriebene Kompressoren eingesetzt.

Kraftstoffmehrverbrauch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Verdichtung des Kältemittelgases benötigt Leistung. Der Betrieb des Klimakompressors erhöht daher den Arbeitswiderstand des Motors und somit auch den Verbrauch. Rund 10–15 Nm werden dafür häufig benötigt. Der Mehrverbrauch ist von der Geschwindigkeit weitgehend unabhängig[3] und liegt bei sachgemäßer, nicht verbrauchsoptimierter Benutzung bei in Deutschland üblichen Außentemperaturen zwischen 0,2 und 0,5 l pro Stunde. Der rechnerische Mehrverbrauch pro gefahrenen Kilometer ist damit von der benötigten Zeit abhängig, der prozentuale Mehrverbrauch zusätzlich vom Durchschnittsverbrauch.

Verschiedene Verbraucherschutzorganisationen plädieren dafür, den Mehrverbrauch durch die Klimaanlage in den Fahrzeugdaten mit auszuweisen.

Verbrauchsoptimierte Benutzung von Fahrzeugklimaanlagen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Klimaanlagen verursachen Betriebskosten für Kraftstoff und Werkstattkosten für Kühlmittelersatz und Verdichterwellenverschleiß. Die Verwendung der Klimaanlage sollte diese Faktoren gering halten. Nur tatsächlich notwendiger Kühlbedarf sollte erzeugt und jedes Verschwenden vermieden werden.

Bereits beim Parken sollte ein Platz bevorzugt werden, der vor dem beabsichtigten Fahrtantritt einige Zeit im Schatten liegt. Einmal aufgestaute Hitze im Fahrzeug sollte zunächst über offene Türen und Fenster entlassen werden. Das kann auch durch das Luftgebläse erfolgen, integrierte Standheizungen nennen diese Möglichkeit auch „Standlüftung“. Erst danach sollte die Klimaanlage eingeschaltet werden. Moderne Klimaautomatiken können einige dieser Schritte automatisch übernehmen (Spülbetrieb).

Im Sommer sollten die Luftauslässe vorzugsweise dorthin gerichtet werden, wo die Kühle zuerst und am intensivsten wahrgenommen wird, also (je nach gesundheitlicher Verträglichkeit) vorzugsweise auf Gesicht, Hals, Achseln, Arme oder Oberkörper der anwesenden Insassen. Gegebenenfalls können Luftauslässe für nicht belegte Sitzplätze verschlossen werden.

Die Solltemperatur sollte nicht zu gering sein und maximal 5 °C unterhalb der Außentemperatur liegen, so dass der Luftstrom nur dezent kühl, auf keinen Fall jedoch unangenehm kalt oder gar frostig erscheint.

Während des Betriebs sollten selbstverständlich auch weder Fenster noch Schiebedach oder gar Verdeck bzw. Hardtop offen sein, da sonst warme „Falschluft“ eindringen würde. Türen sind, wie beim Kühlschrank, möglichst selten und nur kurz zu öffnen. Vor unvermeidbaren externen Unterhaltungen ist vorzugsweise auszusteigen.

Umluftbetrieb reduziert das Zusetzen des Pollenfilters, der dadurch seltener gereinigt oder getauscht werden muss. Bereits vorgekühlte Innenluft kann mit geringerem Energieeinsatz auf die Auslasstemperatur gekühlt werden als warme Außenluft.

Fehlbedienung durch fehlangepasste Einstellung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wird eine sehr niedrige Sollkabinentemperatur (z. B. 16 °C) und nur schwacher Luftstrom eingestellt, wird nicht nur die Kabine, sondern unverhältnismäßig stark auch der Raum hinter dem Armaturenbrett gekühlt. Dabei wird der Verdampfer im Gebläsekasten stark abgekühlt, ohne diese Kälte angemessen in die Kabine zu befördern. Die Kälte wirkt stattdessen durch Wärmeleitung und Konvektion auf die Nachbarräume Kabine, Motorraum und außen. Diese im Allgemeinen fehlerhafte Einstellung führt zu erhöhtem Treibstoffverbrauch und Lagerverschleiß, trotz nur mäßiger Kühlleistung in der Kabine (Motor- und Außenraum benötigen keiner Kühlung durch die Klimaanlage).

Fehlbedienung durch langfristig abgeschaltete Klimaanlage[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Viele Nutzer glauben, mit einer ständig abgeschalteten Klimaanlage Betriebskosten sparen zu können (Kälte über Kompressor und Motor aus Kraftstoff). Langfristig führt die Nichtbenutzung zu Schäden an der Anlage: Der Klimaanlagenkompressor wird auch bei abgeschalteter Anlage per Riemen vom Verbrennungsmotor angetrieben und lediglich drucklos gehalten. Ist die Anlage nun nie aktiv, können die Lager der Verdichterwelle zu wenig Schmierung erhalten, dadurch langfristig undicht werden und dann ständig Kältemittel verlieren. Anschließende Abdichtung und Kühlmittelnachfüllung sind sehr teuer. Auch im Winter sollte die Klimaanlage daher nicht ständig abgeschaltet bleiben. Stattdessen empfiehlt sich die Einstellung einer Solltemperatur, die über der gemessenen Außentemperatur liegt. Dabei wird die Steuerung zunächst ebenfalls keine Kälte anfordern und den Kompressor vorwiegend ohne Mehrverbrauch leer mitlaufen lassen. Da die Anlage nicht fest abgeschaltet ist, sollte die Steuerung zur Niedrighaltung der Pannenquote geeignete Gegenmaßnahmen wie z. B. einen entsprechenden „Pumpenkick“ veranlassen. Dabei wird in erforderlichen Mindestintervallen kurzzeitig Kälte angefordert, um die Verdichterwellenlager zu schmieren.

Bei Klimaanlagenkompressoren mit Magnetkupplung wird der Kompressor bei Nichtnutzung der Klimaanlage vom Riementrieb getrennt, er läuft dadurch nicht dauernd mit, was den Verschleiß mindert. Die langzeitige Nichtnutzung der Klimaanlage kann hier aber zur Versprödung von Membranen führen.

Fehlbedienung durch langfristig abgeschaltete Lüftung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine ständig abgeschaltete Lüftung kann Betriebskosten sparen (Batteriestrom über Lichtmaschine aus Kraftstoff). Langfristig können jedoch Probleme entstehen: Alle Luftschächte des Gebläsekastens einschließlich Verdampferlamellen werden dann langfristig nicht mehr mit Luft gespült und unterliegen dauerhaft einem ähnlichen Temperaturverlauf wie außen. Dadurch kann im Lüftungskreislauf ein potenzieller Nährboden mit lange verfügbarer Wachstumszeit für z. B. Pilzbefall entstehen. Schon bei einmaliger Wiederinbetriebnahme (ggf. auch des Nachbesitzers) können somit Gesundheitsgefährdungen auftreten. Reinigung oder Austausch hinter dem Armaturenbrett sowie der Wiedereinbau sind arbeitszeitintensiv.

Wirkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Komfort und Sicherheit[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Klimabedienteil einer Klimaautomatik aus den 1970er Jahren (Mercedes-Benz W 123)

Ehemals als verzichtbarer Luxus abgetan, erlebten Kfz-Klimaanlagen in Deutschland ab den 1980er Jahren einen regelrechten Boom. Dies wurde auch durch aerodynamisch optimierte Karosserien bzw. Verglasung gefördert: Schräg stehende Windschutz- und Seitenscheiben führen zu einer beschleunigten Innenraumaufheizung bei Sonnenstrahlung. Durch Klimaanlagen wird häufig ein gesteigerter Komfort empfunden; auch kann bei hohen Temperaturen die Konzentration des Fahrers erheblich abnehmen.

Kleinere Wasserlachen unter dem Fahrzeug beim Parken sind auf die der gekühlten Luft durch Absenken des Taupunkts anfallende Luftfeuchtigkeit in Form von Wasser sowie bei vereistem Verdampfer auf das „Abtauen“ des Verdampfers der Klimaanlage zurückzuführen.[2]

Heute gehört die Klimaanlage im Pkw oft zur Standardausstattung und sorgt nicht nur für kühle, sondern auch für saubere Luft im Innenraum durch einen entsprechenden Filter. Gereinigt wird die Luft mittels eines Kabinenluftfilters, auch bekannt unter den Bezeichnungen Pollen- oder Innenraumfilter. Dadurch werden Passagiere vor Pollen, Dieselruß, Feinstaub, Ozon und anderen Reizgasen geschützt. In bestimmten Fahrzeugklassen gilt heute bei einem Gebrauchtfahrzeug ein Fehlen der Klimaanlage als stark wertmindernd.

Erkältungen durch Betrieb von Klimaanlagen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bisweilen ist die Rede davon, das Passagiere der Meinung sind, sich durch den Betrieb einer Klimaanlage im Fahrzeug eine Erkältung zugezogen zu haben. Die traditionelle und immer noch weit verbreitete Annahme, Erkältungen würden regelmäßig allein durch Kälte – im wissenschaftlichen Sinne von Wärmeentzug als pathophysiologischer Mechanismus – beziehungsweise Kälteverursacher oder -formen wie beispielsweise Zugluft, Nässe oder Unterkühlung verursacht, ist nicht korrekt. Beim Betrieb einer Klimaanlage wird meist der einströmenden Luft Feuchtigkeit entzogen. Daher neigen die Schleimhäute im Hals-Nasen- und Rachenraum eher dazu, auszutrocknen. Auf den ausgetrockneten Schleimhäuten können sich leichter Bakterien ansiedeln, die einen viralen Infekt begünstigen können. Daher sollte man bei klimatisierten Fahrzeugen auf ausreichende Flüssigkeitszufuhr achten. Darüber hinaus ist eine regelmäßige Desinfektion und ein Filtertausch im Rahmen der Wartung einer Klimaanlage empfehlenswert.[4]

Wartung und Nachrüstung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Klimawartung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

„Hang-on“-Klimaanlage: Aftermarket-System aus den 1970er Jahren, das unter der I-Tafel verbaut wird.

Klimaanlagen im Auto müssen nicht wartungsfrei sein. Kälteanlagen in Kraftfahrzeugen weisen Kältemittelverluste auf, die durch den Einbau „offener Verdichter“ hervorgerufen werden. Normalerweise sind die Verluste über die Lebenszeit zu gering und haben keine Auswirkung. Die Verluste werden in erster Linie durch undichte Verdichterwellenabdichtungen verursacht. Begünstigt werden die Undichtheiten, wenn der Verdichter im Winter nicht eingeschaltet wird und der Wellenabdichtung kein Öl zugeführt wird. Hinzu kommen mögliche Undichtheiten an lösbaren Verbindungen, die durch Vibrationen (Motor und Straße) verursacht werden können. Die Anlage sollte etwa alle zwei bis vier Jahre auf etwaige Verluste an Kältemittel überprüft werden; spätestens aber, wenn die Kühlleistung nachlässt. Beim Öffnen der Anlage empfiehlt sich der Tausch des Trocknerfilters.

Kühlmittelschwund kann auch als Indikator für den Verdichterwellenverschleiß genutzt werden. Ersetzte Kältemittelmengen sollten grundsätzlich im Serviceheft protokolliert werden. Die Überschreitung kumulierter Grenzmengen legt vor weiterem Nachfüllen die Abdichtung nahe (meist Neulagerung oder Austausch des Kompressors).

Haushaltskühl- und Gefriergeräte unterscheiden sich von Fahrzeugklimaanlagen in folgenden Punkten: Der Kompressor läuft ohne „Winterleerlauf“, also regelmäßig bei Kälteanforderungen. Die Einzelkomponenten sind kompakt und relativ gut zugänglich verbaut. Sie sind nicht mit einem weiteren teuren Gebrauchsgegenstand (hier: dem Fahrzeug) fest verbunden. Da Abdichtung und Nachfüllen des separaten Geräts weitaus teurer als ein Neukauf sind, gilt Kühlmittelschwund hier als irreparabler Totalschaden.

Nachträglicher Einbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Klimaanlagen können auch nachgerüstet werden. Der Aufwand dafür ist jedoch oft erheblich, da meist das Armaturenbrett ausgebaut werden muss, um den Verdampfer installieren zu können. Der Einsatz von FCKW-Kältemitteln wie R12 (Freon) ist seit langem verboten. Stand der Technik ist die Verwendung des fluorierten Kohlenwasserstoffes R134a. Zum Austausch von R12 in alten Klimaanlagen eignet sich das Gemisch R413a, welches nur zu 88 % aus R134a besteht, im Gegensatz zu R134a aber ähnliche Fließ- und Schmier-Eigenschaften wie R12 aufweist.

Kältemittel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Allgemeines[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Auswahl geeigneter Kältemittel zur Fahrzeugklimatisierung aus der zur Verfügung stehenden breiten Palette ist relativ gering. So muss bei extremen Umgebungsbedingungen (bis ca. 90 °C) das Kältemittel noch sicher verflüssigt werden können, was eine hohe spezifische Wärmekapazität des Kältemittels erfordert. Zugleich sollen die Drücke dabei auf einem niedrigen, beherrschbaren Niveau liegen und das Kältemittel, ähnlich wie Öl, mit den meisten im Automobilbau favorisierten Werkstoffen kompatibel sein. Außerdem erfordert die Schwingungsabkopplung vom sich bewegenden Motor immer noch flexible Schlauchverbindungen, die für das Kältemittel undurchlässig sein müssen und von diesem nicht angegriffen werden.

In Fahrzeugen verwendete Kältemittel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bis zur Jahrtausendwende war ausschließlich das Kältemittel R12 in der Anwendung, was aber wegen seines hohen Zerstörpotentiales gegenüber der Ozonschicht in allen Anwendungen verboten wurde.

Als Nachfolger wurde R134a gewählt. Im Jahr 2006 wurde von der EU die MAC-Directive (2006/40/EC)[5] erlassen, welche den Einsatz von Fluorkohlenwasserstoffen mit einem Treibhauspotenzial (GWP-Wert) größer 150 in Klimaanlagen neu zugelassener Fahrzeugtypen ab 31. Dezember 2011 verbietet. Aufgrund seines GWP-Werts von 1430 befindet sich R134a aktuell im „Phase-Out“-Zeitfenster (bis Jahresende 2016).

Als Ersatz wurde zunächst Kohlendioxid (Kältemittel-Bezeichnung R744) diskutiert. Es hat mit einem GWP-Wert von 1 ein vielfach geringeres Treibhauspotenzial als herkömmliche Kältemittel und trägt nicht zum Abbau der Ozonschicht bei. Zudem zeigte es bei Testfahrten in fast allen Fällen eine höhere Energieeffizienz als R134a. Die Entscheidung für CO2 (R744) wurde auf der sogenannten „grünen“ IAA 2007 vom Verbandspräsident der Automobilindustrie (VDA), Matthias Wissmann, als gemeinschaftliches Ergebnis bekanntgegeben. Manche Autohersteller warben für das gefährlichere 2,3,3,3-Tetrafluorpropen – ASHRAE Bezeichnung R1234yf – (Handelsname z. B. „Solstice“), da sich dieses auch in den bisherigen Klimaanlagen verwenden lässt. Im weiteren zeitlichen Verlauf wendeten sich fast alle Hersteller von CO2 als Kältemittel ab, da die Neuentwicklung von CO2-tauglichen Klimaanlagen deutlich teurer als der Umstieg auf R1234yf ist. R1234yf ist relativ klimafreundlich, aber brennbar und wird weltweit nur von den US-Herstellern (DuPont und Honeywell) produziert. Bei Löschversuchen nach einem Unfall kann gefährliche Flusssäure entstehen.[6] Trotz des bestehenden Verbotes hatte die EU-Kommission eine Ausnahmeregelung[7] erlassen, die den weiteren Einsatz von R134a bei neuen Fahrzeugtypen bis längstens 31. Dezember 2012 gestattete. Der Grund dafür bestand im eklatanten Lieferverzug der beiden Haupthersteller. R1234yf wird (teilweise noch neben R134a) aktuell von nahezu allen Fahrzeugherstellern eingesetzt.

Im Oktober 2015 gab Daimler bekannt, ab Ende 2016 Modelle der Baureihe 222 (S-Klasse) und Baureihe 213 (E-Klasse) als weltweit erste Serienfahrzeuge mit CO2-Klimaanlagen ausliefern zu wollen. Fahrzeuge der anderen Baureihen wird der Konzern zum 1. Januar 2017 zunächst auf R1234yf, gegebenenfalls unter Berücksichtigung zusätzlicher Sicherheitsmaßnahmen, umstellen, damit diese gesetzeskonform sind.[8] Ab dem 1. Januar 2017 sind Kältemittel mit einem Treibhauspotenzial über 150 in allen neuen Fahrzeugen verboten.[9]

Mit Luft als Kältemittel arbeitet der einfach aufgebaute Schukey-Motor.

Kontroverse um R1234yf und Vertragsverletzungsverfahren gegen Deutschland[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im September 2012 gab Mercedes bekannt, das Kältemittel R1234yf aufgrund seiner Entzündbarkeit nicht weiter verwenden zu wollen. Bereits damit befüllte Fahrzeuge wurden in die Werkstätten zurückgerufen und die Füllung gegen R134a ausgetauscht.[10] Bei Unfalltests hatte sich R1234yf an heißen Stellen im Motorraum entzündet und die Testfahrzeuge in Brand gesetzt.[11] In den Folgejahren wurden Neuwagen der Daimler AG und teilweise auch anderer Hersteller weiterhin mit dem alten Kältemittel R134a ausgeliefert.

Im Anschluss an ein mehrmonatiges Pilotverfahren hat die EU am 23. Januar 2014 ein Vertragsverletzungsverfahren gegen Deutschland eingeleitet, weil das Rückbefüllen eines mit neuem Kältemittel R1234yf genehmigten Fahrzeug auf das alte Kältemittel R134a genauso rechtswidrig ist, wie die Aufnahme neuer Fahrzeuge als Erweiterung in alte bestehende Fahrzeugtypgenehmigungen. Das Vertragsverletzungsverfahren ist im ersten Schritt die Folge des Vorgehens Deutschlands im Zusammenhang mit verschiedensten Fahrzeugtypgenehmigungen der Firma Daimler. Weitere Fälle auch in anderen Mitgliedsstaaten (z. B. Vereinigtes Königreich, Belgien und Luxemburg) werden seitens der EU ebenfalls untersucht.[12]

Am 25. September 2014 hat die EU den zweiten Schritt des Vertragsverletzungsverfahrens gegen Deutschland eingeleitet.

Flugzeuge[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Klimaanlage (Flugzeug)

Passagierflugzeuge haben, seitdem es Strahlflugzeuge gibt, serienmäßig Klimaanlagen eingebaut. Auf Parkposition wird die Klimatisierung durch Klimafahrzeuge extern besorgt, sofern erforderlich.[13]

Eisenbahnen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Moderne Passagierzüge verfügen über eine Klimaanlage, ältere Modelle zum Teil mit Lüftung oder Fenster zum Öffnen.

Schiffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Klimatisierung von Schiffen

In größeren Wasserfahrzeugen werden Windhutzen oder Dorade-Lüfter sowie Klimaanlagen verwendet.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. mahle.com
  2. a b O.V.: Wie funktioniert eine Klimaanlage? In: SPRINT – Das Mitsubishi Automagazin. 04/2007, S. 50.
  3. Dieter Schlenz, Dietmar Fischer: PKW-Klimatisierung: Klimakonzepte, Regelungsstrategien und Entwicklungsmethoden für Fahrzeuge mit deutlich reduziertem Kraftstoffverbrauch expert verlag, 2000, ISBN 3-8169-1818-2.
  4. Machen Klimaanlagen krank? In: autobild.de. 6. August 2003, abgerufen am 10. Januar 2015.
  5. eur-lex.europa.eu
  6. Andreas Halbach, Christian Rohde: Gefahr im Auto – Streit um neues Kühlmittel, Veröffentlichung bei KI-Kälte, Luft, Klimatechnik. Frontal21, 28. Oktober 2008, abgerufen am 20. Februar 2011.
  7. The supply shortage of an essential component in mobile air conditioning systems and its impact to the application of Directive 2006/40/EC in the automotive industry. (Memento vom 22. Februar 2014 im Internet Archive) auf: ec.europa.eu
  8. Jürgen Pander: Kältemittel-Streit: Mercedes rüstet Autos mit CO2-Klimaanlagen aus. SpiegelOnline, 21. Oktober 2015, abgerufen am 21. Oktober 2015.
  9. EU-Richtlinie zu Emissionen aus Pkw-Klimaanlagen. Umweltbundesamt, 10. Juni 2015, abgerufen am 22. Oktober 2015.
  10. Jürgen Pander: Streit um Kältemittel: Daimler boykottiert Vereinbarung zu R1234yf. SpiegelOnline, 25. September 2012, abgerufen am 22. Oktober 2015.
  11. Jürgen Pander: Umstrittenes Kältemittel R1234yf: Das brandheiße Problem. SpiegelOnline, 17. Januar 2013, abgerufen am 22. Oktober 2015.
  12. The European Directive on mobile air-conditioning systems (MACs) aims at reducing emissions of specific fluorinated greenhouse gases in the air-conditioning systems fitted to passenger cars (vehicles of category M1) and light commercial vehicles (category N1, class 1). (Memento vom 28. April 2013 im Internet Archive) auf: ec.europa.eu
  13. munich-airport.de

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Klimaanlagen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien