Der Klimakompressor ist das Herzstück der Kfz-Klimaanlage und dient der Komprimierung und dem Transport des Kältemitteldampfes. Es gibt zwei Kompressortypen: Kompressoren mit festem und mit variablem Hubraum. Nach ihrem Funktionsprinzip lassen sich Klimakompressoren in solche mit festem und solche mit variablem Hubraum unterteilen.
Kompressoren lassen sich je nach Funktionsweise in Hubkolben- und Rotationskompressoren unterteilen. Zu den gängigen Hubkolbenkompressoren zählen Kurbelwellen-Pleuelstangenkompressoren und Axialkolbenkompressoren, während Rotationskompressoren unter anderem Drehschieberkompressoren und Scrollkompressoren umfassen.
Der Kfz-Klimakompressor ist das Herzstück der Kfz-Klimaanlage und hat die Aufgabe, den Kältemitteldampf zu komprimieren und zu transportieren.
Einstufung
Kompressoren werden in zwei Typen unterteilt: Kompressoren mit festem Verdrängungsvolumen und Kompressoren mit variablem Verdrängungsvolumen.
Klimaanlagenkompressoren werden im Allgemeinen nach ihrer internen Arbeitsweise in Kolben- und Rotationskompressoren unterteilt.
Arbeitsprinzip Klassifizierung Bearbeitung Rundfunk
Nach ihren unterschiedlichen Funktionsprinzipien lassen sich Klimaanlagenkompressoren in Kompressoren mit festem Hubraum und Kompressoren mit variablem Hubraum unterteilen.
Verdichter mit festem Hubraum
Das Fördervolumen des Verdichters mit festem Hubraum steigt proportional zur Motordrehzahl. Er kann seine Leistung nicht automatisch an den Kühlbedarf anpassen und hat einen relativ großen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch. Seine Steuerung erfasst üblicherweise das Temperatursignal am Luftauslass des Verdampfers. Sobald die eingestellte Temperatur erreicht ist, wird die elektromagnetische Kupplung des Verdichters gelöst und der Verdichter schaltet sich ab. Steigt die Temperatur wieder an, wird die Kupplung eingerückt und der Verdichter startet. Der Verdichter mit festem Hubraum wird außerdem über den Druck im Klimaanlagensystem gesteuert. Ist der Druck in der Leitung zu hoch, schaltet sich der Verdichter ab.
Klimakompressor mit variablem Hubraum
Der Verdichter mit variablem Hubraum passt seine Leistung automatisch an die eingestellte Temperatur an. Das Klimaanlagen-Steuerungssystem erfasst nicht das Temperatursignal am Verdampferauslass, sondern regelt das Verdichtungsverhältnis des Verdichters anhand der Druckänderung in der Klimaanlagenleitung, um die Austrittstemperatur automatisch zu regulieren. Während des gesamten Kühlvorgangs arbeitet der Verdichter permanent, und die Kühlleistung wird ausschließlich über das im Verdichter integrierte Druckregelventil gesteuert. Ist der Druck am Hochdruckende der Klimaanlagenleitung zu hoch, verkürzt das Druckregelventil den Kolbenhub im Verdichter, um das Verdichtungsverhältnis und damit die Kühlleistung zu reduzieren. Sinkt der Druck am Hochdruckende auf einen bestimmten Wert und steigt der Druck am Niederdruckende auf einen bestimmten Wert, verlängert das Druckregelventil den Kolbenhub und erhöht so die Kühlleistung.
Klassifizierung des Arbeitsstils
Kompressoren lassen sich je nach Funktionsweise in Hubkolben- und Rotationskompressoren unterteilen. Zu den gängigen Hubkolbenkompressoren zählen Kurbelwellen-Pleuelstangenkompressoren und Axialkolbenkompressoren, während Rotationskompressoren unter anderem Drehschieberkompressoren und Scrollkompressoren umfassen.
Kurbelwellen-Pleuelstangenkompressor
Der Arbeitsprozess dieses Kompressors lässt sich in vier Schritte unterteilen: Kompression, Ausstoß, Expansion und Ansaugung. Durch die Rotation der Kurbelwelle treibt die Pleuelstange den Kolben in eine Hin- und Herbewegung. Das Arbeitsvolumen, bestehend aus Zylinderinnenwand, Zylinderkopf und Kolbenoberseite, ändert sich periodisch und komprimiert so das Kältemittel im Kältesystem. Der Kurbelwellen-Pleuelstangen-Kompressor ist ein Kompressor der ersten Generation. Er ist weit verbreitet, verfügt über ausgereifte Fertigungstechnologie, eine einfache Konstruktion, geringe Anforderungen an Werkstoffe und Verarbeitungstechnik sowie vergleichsweise niedrige Kosten. Er ist sehr anpassungsfähig, deckt einen breiten Druckbereich und unterschiedliche Kälteleistungsanforderungen ab und ist wartungsfreundlich.
Der Kurbelwellen-Pleuel-Kompressor weist jedoch auch einige deutliche Nachteile auf: Er erreicht keine hohen Drehzahlen, ist groß und schwer und lässt sich nur schwer leicht absenken. Der Abgasstrom ist diskontinuierlich, der Luftstrom neigt zu Schwankungen und es treten im Betrieb starke Vibrationen auf.
Aufgrund der oben genannten Eigenschaften von Kurbelwellen-Pleuelstangen-Kompressoren findet diese Bauart nur bei wenigen Kompressoren mit kleinem Hubraum Anwendung. Derzeit werden Kurbelwellen-Pleuelstangen-Kompressoren hauptsächlich in Klimaanlagen mit großem Hubraum für Pkw und Lkw eingesetzt.
Axialkolbenkompressor
Axialkolbenkompressoren zählen zu den Kompressoren der zweiten Generation. Gängige Bauarten sind Taumelscheibenkompressoren, die in Kfz-Klimaanlagen weit verbreitet sind. Die Hauptkomponenten eines Taumelscheibenkompressors sind die Hauptwelle und die Taumelscheibe. Die Zylinder sind umlaufend um die Hauptwelle angeordnet, wobei die Kolbenbewegung parallel zur Hauptwelle verläuft. Die Kolben der meisten Taumelscheibenkompressoren sind als Doppelkolben ausgeführt. Beispielsweise befinden sich bei axialen 6-Zylinder-Kompressoren drei Zylinder vorne und drei hinten. Die Doppelkolben gleiten in den gegenüberliegenden Zylindern. Während ein Kolbenende das Kältemittelgas im vorderen Zylinder komprimiert, saugt das andere Ende Kältemittelgas im hinteren Zylinder an. Jeder Zylinder ist mit Hoch- und Niederdruckventilen ausgestattet. Eine weitere Hochdruckleitung verbindet die vorderen und hinteren Hochdruckkammern. Die Schrägscheibe ist mit der Hauptwelle des Verdichters verbunden. Ihre Kante greift in eine Nut in der Mitte des Kolbens ein, und sowohl die Kolbennut als auch die Kante der Schrägscheibe werden von Stahlkugellagern gestützt. Bei Drehung der Hauptwelle dreht sich auch die Schrägscheibe, deren Kante den Kolben axial hin und her bewegt. Eine Umdrehung der Schrägscheibe bewirkt, dass die beiden vorderen und hinteren Kolben jeweils einen Zyklus aus Kompression, Ausstoß, Expansion und Ansaugung durchlaufen, was der Arbeit von zwei Zylindern entspricht. Bei einem axialen Sechszylinderverdichter sind drei Zylinder und drei Doppelkolben gleichmäßig auf dem Zylinderblock verteilt. Eine Umdrehung der Hauptwelle entspricht der Wirkung von sechs Zylindern.
Der Taumelscheibenkompressor lässt sich relativ einfach miniaturisieren und leicht bauen und ermöglicht einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb. Er zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise, hohe Effizienz und zuverlässige Leistung aus. Nach der Realisierung einer variablen Hubraumregelung findet er breite Anwendung in Kfz-Klimaanlagen.
Drehschieberkompressor
Es gibt zwei Zylinderformen für Drehschieberkompressoren: kreisförmig und oval. Bei einem kreisförmigen Zylinder ist die Rotorachse exzentrisch vom Zylindermittelpunkt angeordnet, sodass der Rotor eng zwischen den Saug- und Auslassöffnungen an der Zylinderinnenfläche anliegt. Bei einem elliptischen Zylinder fallen die Rotorachse und der Mittelpunkt der Ellipse zusammen. Die Rotorschaufeln unterteilen den Zylinder in mehrere Kammern. Bei einer Umdrehung des Rotors durch die Rotorachse ändert sich kontinuierlich das Volumen dieser Kammern, und auch das Kältemitteldampfvolumen und die Temperatur in diesen Kammern ändern sich. Drehschieberkompressoren benötigen kein Saugventil, da die Schaufeln das Kältemittel ansaugen und verdichten. Bei zwei Schaufeln finden zwei Auslassvorgänge pro Umdrehung der Rotorachse statt. Je mehr Schaufeln ein Kompressor hat, desto geringer sind die Druckschwankungen.
Als Kompressor der dritten Generation lässt sich der Drehschieberkompressor aufgrund seines geringen Volumens und Gewichts leicht in beengten Motorräumen unterbringen. Hinzu kommen seine Vorteile wie geringe Geräuschentwicklung und Vibrationen sowie ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad, wodurch er auch in Kfz-Klimaanlagen Anwendung findet. Allerdings stellt der Drehschieberkompressor hohe Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit und verursacht hohe Herstellungskosten.
Scrollverdichter
Solche Kompressoren werden als Kompressoren der 4. Generation bezeichnet. Scrollkompressoren lassen sich im Wesentlichen in zwei Typen unterteilen: dynamisch-statische und doppelrevolvierende. Derzeit ist der dynamisch-statische Typ am weitesten verbreitet. Seine Arbeitsteile bestehen hauptsächlich aus einer dynamischen und einer statischen Turbine. Die Strukturen der beiden Turbinen sind sehr ähnlich. Beide bestehen aus einer Endplatte und einer spiralförmigen Verzahnung, die sich von der Endplatte erstreckt. Die beiden Turbinen sind exzentrisch um 180° versetzt angeordnet. Die statische Turbine ist stationär, während die bewegliche Turbine exzentrisch rotiert und durch die Kurbelwelle unter der Verhinderung einer Rotation verschoben wird. Es findet also keine Rotation, sondern nur eine Rotation statt. Scrollkompressoren bieten viele Vorteile. Beispielsweise sind sie klein und leicht, und die Exzenterwelle, die die Turbine antreibt, kann mit hoher Drehzahl rotieren. Da sie kein Saug- und Druckventil besitzen, arbeiten Scrollkompressoren zuverlässig und ermöglichen die einfache Realisierung von Drehzahl- und Fördermengenregelung. Mehrere Kompressionskammern arbeiten gleichzeitig, wodurch die Gasdruckdifferenz zwischen benachbarten Kammern gering und die Gasleckage minimal ist. Der volumetrische Wirkungsgrad ist hoch. Scrollkompressoren finden aufgrund ihrer Vorteile wie kompakter Bauweise, hoher Effizienz und Energieeinsparung, geringer Vibration und Geräuschentwicklung sowie hoher Betriebssicherheit immer breitere Anwendung im Bereich der Kleinkälte und zählen daher zu den wichtigsten Entwicklungsrichtungen der Kompressortechnologie.
Häufige Fehlfunktionen
Als schnell rotierendes Bauteil weist der Klimaanlagenkompressor eine hohe Ausfallwahrscheinlichkeit auf. Häufige Fehler sind ungewöhnliche Geräusche, Leckagen und Funktionsausfall.
(1) Ungewöhnliche Geräusche: Es gibt viele Ursachen für ungewöhnliche Geräusche des Kompressors. Beispielsweise kann die elektromagnetische Kupplung des Kompressors beschädigt sein oder das Innere des Kompressors stark verschlissen sein, was zu ungewöhnlichen Geräuschen führen kann.
① Die elektromagnetische Kupplung des Kompressors ist eine häufige Stelle, an der ungewöhnliche Geräusche auftreten. Da der Kompressor unter hoher Last oft von niedriger auf hohe Drehzahl wechselt, sind die Anforderungen an die elektromagnetische Kupplung sehr hoch. Sie ist in der Regel bodennah montiert und häufig Regenwasser und Erdreich ausgesetzt. Bei einem Lagerschaden in der elektromagnetischen Kupplung treten ungewöhnliche Geräusche auf.
② Neben dem Problem der elektromagnetischen Kupplung selbst beeinflusst auch die Spannung des Kompressorantriebsriemens deren Lebensdauer direkt. Ist der Riemen zu locker, neigt die Kupplung zum Durchrutschen; ist er zu straff, erhöht sich die Belastung. Bei falscher Riemenspannung arbeitet der Kompressor im Teillastbereich nicht optimal und wird im Volllastbereich beschädigt. Liegt die Riemenscheibe des Kompressors nicht in derselben Ebene, verkürzt dies die Lebensdauer des Riemens und des Kompressors.
③ Das wiederholte Ansaugen und Schließen der elektromagnetischen Kupplung kann ebenfalls zu ungewöhnlichen Geräuschen im Kompressor führen. Mögliche Ursachen sind beispielsweise eine unzureichende Generatorleistung, ein zu hoher Druck im Klimaanlagensystem oder eine zu hohe Motorlast, wodurch die elektromagnetische Kupplung wiederholt ein- und ausrückt.
④ Zwischen der elektromagnetischen Kupplung und der Montagefläche des Kompressors muss ein gewisser Abstand bestehen. Ist der Abstand zu groß, verstärken sich die Stöße. Ist er zu klein, kollidiert die elektromagnetische Kupplung im Betrieb mit der Montagefläche des Kompressors. Dies ist ebenfalls eine häufige Ursache für ungewöhnliche Geräusche.
⑤ Der Kompressor benötigt im Betrieb eine zuverlässige Schmierung. Fehlt dem Kompressor Schmieröl oder wird dieses nicht ordnungsgemäß verwendet, treten im Inneren des Kompressors erhebliche, ungewöhnliche Geräusche auf, was im schlimmsten Fall zu Verschleiß und schließlich zum Ausfall des Kompressors führen kann.
(2) Kältemittelverlust: Kältemittelverlust ist das häufigste Problem bei Klimaanlagen. Die undichte Stelle des Kompressors befindet sich üblicherweise an der Verbindungsstelle zwischen Kompressor und Hoch- und Niederdruckleitungen. Aufgrund der Einbaulage ist die Überprüfung dort oft schwierig. Der Innendruck der Klimaanlage ist sehr hoch. Bei einem Kältemittelverlust geht Kompressoröl verloren, was zum Ausfall der Klimaanlage oder zu einer unzureichenden Schmierung des Kompressors führt. Klimaanlagenkompressoren sind mit Überdruckventilen ausgestattet. Diese Ventile sind in der Regel für den einmaligen Gebrauch bestimmt. Bei zu hohem Systemdruck müssen die Überdruckventile rechtzeitig ausgetauscht werden.
(3) Funktionsstörung: Es gibt viele Gründe, warum der Klimaanlagenkompressor nicht funktioniert, meist aufgrund von Problemen mit der zugehörigen Schaltung. Sie können vorläufig prüfen, ob der Kompressor defekt ist, indem Sie die elektromagnetische Kupplung des Kompressors direkt mit Strom versorgen.
Vorsichtsmaßnahmen bei der Wartung von Klimaanlagen
Sicherheitsaspekte, die beim Umgang mit Kältemitteln zu beachten sind
(1) Kältemittel dürfen nicht in geschlossenen Räumen oder in der Nähe von offenen Flammen gehandhabt werden.
(2) Es muss eine Schutzbrille getragen werden;
(3) Vermeiden Sie, dass flüssiges Kältemittel in die Augen gelangt oder auf die Haut spritzt;
(4) Richten Sie die Unterseite des Kältemittelbehälters nicht auf Personen. Einige Kältemittelbehälter verfügen über Notentlüftungseinrichtungen am Boden.
(5) Den Kältemittelbehälter nicht direkt in heißes Wasser mit einer Temperatur von mehr als 40 °C stellen;
(6) Gelangt das flüssige Kältemittel in die Augen oder auf die Haut, reiben Sie es nicht, sondern spülen Sie es sofort mit reichlich kaltem Wasser ab und begeben Sie sich unverzüglich ins Krankenhaus, um einen Arzt zur professionellen Behandlung aufzusuchen. Versuchen Sie nicht, dies selbst zu beheben.
