Themen:
- Einführung
- Kapillare
- Thermostatisches Expansionsventil (TEV)
- Mogelijke storageen
Einführung:
Ein Expansionsventil ist ein wesentlicher Bestandteil von Klimaanlagen. Es fungiert als Drossel in der Leitung zwischen dem Trockner-/Filterelement und dem Verdampfer und führt zu einem Übergang von hohem zu niedrigem Druck. Im Bild unten ist das Expansionsventil (als Blockventil ausgeführt) grün umrahmt.
Nachdem das Kältemittel aus dem Kompressor das Filter-/Trocknerelement passiert hat, erreicht es das Expansionsventil mit einem Druck von etwa 15 bar und einer Temperatur von etwa 45 Grad Celsius. Das Kältemittel strömt vom Expansionsventil in den Verdampfer. Wenn das Kältemittel durch die Drosselstelle des Expansionsventils strömt, erfährt es einen erheblichen Druckabfall. Wenn der Druck sinkt, sinkt auch der Siedepunkt des Kältemittels. Das Kältemittel beginnt zu verdampfen und geht von der flüssigen in die gasförmige Form über. Bei diesem Phasenwechsel von flüssig zu dampfförmig nimmt das Kältemittel Wärme aus der Umgebung auf. Diese freigesetzte Wärme wird der durch den Verdampfer strömenden Luft entzogen, was zu einer Abkühlung der Luft führt. Diese gekühlte Luft wird in den Innenraum geleitet, wodurch die gekühlte und getrocknete Luft entsteht, die eine Klimaanlage erzeugt.
Es gibt verschiedene Arten von Expansionsventilen, nämlich das Kapillarexpansionsventil und das thermostatische Expansionsventil (TEV), das oft auch „Blockventil“ genannt wird. Diese werden im Folgenden beschrieben.
Kapillar:
In Klimaanlagen stößt man manchmal auf eine einfache Art von Expansionsventil, das als Kapillare oder Öffnung bezeichnet wird. In neueren Fahrzeugen sind Expansionsventile meist nicht mehr mit einer Kapillare, sondern mit einem thermostatischen (gesteuerten) Expansionsventil ausgestattet.
Bei einer Klimaanlage mit Kapillarrohr kann die Kühlleistung nicht genau eingestellt werden. Wird der Druck zu hoch oder der Verdampfer zu kalt, schaltet sich in der Regel der Klimakompressor ab.
Die Außenseite des Kapillarexpansionsventils besteht normalerweise aus Kunststoff und im Inneren befindet sich ein spezielles Rohr. Vor und nach dieser Röhre befinden sich Filter. Die Kapillare verursacht einen plötzlichen Druckabfall, der die Siedetemperatur des Kältemittels schnell senkt und es von flüssig in gasförmig umwandelt. Der Aufbau der Kapillare bestimmt, wie stark der Druck abfällt, und dieser beeinflusst die Temperatur, wenn das Kältemittel in den Verdampfer eintritt. Die Kapillare ist in unterschiedlichen Größen erhältlich und die Installation einer Kapillare mit unterschiedlichen Abmessungen verändert die Kühlleistung des Systems. Wenn im Verdampfer weniger Verdunstung stattfindet, bedeutet dies in der Regel auch eine geringere Kühlung.
Bei Klimaanlagen mit Kapillare befindet sich im Niederdruckteil meist auch ein Druckspeicher. Dadurch wird verhindert, dass Flüssigkeit vom Kompressor angesaugt wird, da die Kapillare eine feste Öffnung hat. Darüber hinaus übernimmt der Akkumulator weitere wichtige Aufgaben wie Filterung, Feuchtigkeitsentfernung (Trocknung) und Speicherung von Kältemittel. Das Kältemittel gelangt vom Verdampfer als Gas mit einigen Flüssigkeitströpfchen in den Akkumulator. Ein Trennsieb im Akkumulator sorgt dafür, dass die Flüssigkeitspartikel seitlich nach unten sinken. Ein Trockenmittel entzieht dem Kältemittel Feuchtigkeit. Zusätzlich wird der Dampf oben vom Kompressor durch eine kleine Öffnung von etwa 1 Millimeter angesaugt und dabei etwas Öl mitgenommen.
Bei Klimaanlagen mit Kapillarrohr können folgende Störungen auftreten:
- Verstopfung: Wenn die Kapillare durch Verunreinigungen im Kältemittel verstopft wird, kann dies die Kühlleistung verringern;
- Falsche Abmessungen: In bestimmten Fällen kann es erforderlich sein, die Kapillare durch eine Kapillare mit anderen Abmessungen zu ersetzen, um die Kühlleistung des Systems anzupassen. Dies kann bei Systemänderungen erforderlich sein oder wenn die ursprünglichen Spezifikationen nicht der erforderlichen Leistung entsprechen, z. B. wenn der Verdampfer einfriert oder die Kühlung unzureichend ist.
- Systematische Probleme: Wenn die Klimaanlage anhaltende Leistungsprobleme aufweist und andere Komponenten überprüft wurden und in gutem Zustand sind, kann die Kapillare eine mögliche Ursache sein. Die Kapillare kann beschädigt sein und ist nicht leicht zu erkennen.
Thermostatisches Expansionsventil (TEV):
Eine Klimaanlage, die wir üblicherweise in modernen Fahrzeugen finden, ist ein System mit einem thermostatisch gesteuerten Expansionsventil, abgekürzt TEV. Das thermostatische Expansionsventil ersetzt das System mit einer Kapillare und ist im Grunde eine Verengung, deren Öffnungsgröße durch die Temperatur des aus dem Verdampfer strömenden Gases gesteuert wird.
Es gibt verschiedene Versionen. Neben dem Austausch der Kapillare ist auch das Filter-/Trocknerelement anders. Der Filter/Trockner befindet sich direkt nach dem Kondensator und verarbeitet das Kältemittel in flüssiger Form. Die Temperatur wird nach dem Verdampfer gemessen. Wenn die Verdampfertemperatur zu hoch wird, weil nicht genügend Kältemittel durchströmt wird, wird die Öffnung vergrößert, wodurch mehr Kältemittel in den Verdampfer gelangt und die Temperatur wieder sinkt. Das thermostatische Expansionsventil hält die Temperatur (und den Druck) innerhalb bestimmter Grenzen konstant. Dadurch können wir auch sicher sein, dass das dampfförmige Kältemittel vom Kompressor angesaugt wird, so dass im Niederdruckbereich kein Akkumulator mehr erforderlich ist.
Das thermostatische Expansionsventil kann in drei Typen unterteilt werden:
- Expansionsventil mit Fernfühler (Fernsteuerung des Kolbens) mit internem oder externem Druckausgleich.
- Blockventil mit interner oder externer Membran.
- Elektronisch gesteuertes Expansionsventil.
Thermostatisches Expansionsventil mit Fernfühler und internem Druckausgleich:
Das thermostatische Expansionsventil besteht aus zwei Teilen, nämlich dem Messteil und dem Sensor oder Fühler, der mit dem eigentlichen Expansionsventil verbunden ist. Die Messstrecke ist mit Gas gefüllt und befindet sich am Ausgang des Verdampfers. Steigt die Temperatur am Ausgang des Verdampfers, weil zu wenig Kältemittel durchströmt, dehnt sich das Gas aus und der Druck steigt. Der Stift drückt dann die Kugel frei, wodurch mehr Kältemittel in den Verdampfer strömt und die Temperatur am Ausgang wieder sinkt. Die Kugel wird freigegeben, sobald die vom Sensor auf die Membran ausgeübte Kraft die Summe aus Federkraft und Druckkraft des Kältemittels auf der Eintrittsseite des Verdampfers übersteigt. Wenn die Temperatur nach dem Verdampfer zu niedrig wird, geschieht das Gegenteil. Die Federkraft drückt die Kugel zurück auf den Sitz, die Öffnung verengt sich und der Kältemittelfluss wird reduziert. Das TEV-Ventil hält daher die Temperatur des Kältemittels konstant. Das thermostatische Expansionsventil misst die Temperatur und wandelt sie in Druck um. Die Druckregelung aktiviert das Ventil.
Thermostatisches Expansionsventil mit Fernfühler und externem Druckausgleich:
Der Druckausgleich hat mit dem Druck unter der Membran zu tun. Wenn der Raum unter der Membran mit der Einlassseite des Verdampfers verbunden ist, berücksichtigen wir nicht den Druckverlust, der im Verdampfer auftritt. Denn die Temperaturmessung erfolgt auf der Auslassseite des Verdampfers, während die Regelung auf der Einlassseite erfolgt. Bei einem Druckverlust über 0,2 bar empfiehlt sich der Einsatz eines Expansionsventils mit externem Druckausgleich. Wird der Raum unter der Membran mit der Auslassseite des Verdampfers verbunden, wird der Druckverlust ausgeglichen. Bei größeren Systemen wird üblicherweise ein externer Druckausgleich angewendet.
Blockventil mit externer Steuermembran
Das Absperrventil wird an den Einlass- und Auslassrohren des Verdampfers installiert. Die Einlassleitung befindet sich neben der Auslassleitung am Verdampfer. Unten am Absperrventil tritt das Kältemittel in flüssiger Form aus dem Filter/Trockner (Kondensator) ein und gelangt durch das Kugelventil zum Verdampfer. Über der Membran befindet sich eine festgelegte Menge gasförmigen Kältemittels. Dieses Gas nimmt die Temperatur des vom Verdampfer kommenden Gases an. Wenn die Temperatur steigt, drückt der Druckanstieg den Stift nach unten, was zu einer größeren Durchflussöffnung in der Zuleitung führt. Dadurch gelangt mehr Kältemittel in den Verdampfer und die Temperatur sinkt. Im umgekehrten Fall schließt sich das Kugelventil, wodurch weniger Kältemittel in den Verdampfer gelangt und die Temperatur ansteigt.
Blockventil mit innenliegender Regelmembran:
Im Blockventil mit innenliegender Steuermembran befindet sich auf der Auslassseite des Verdampfers ein Thermokopf mit Kältemittel. Das Kältemittel im Thermobecher nimmt die Temperatur des Kältemittels an, das den Verdampfer verlässt. Bei hohen Temperaturen dehnt sich das Kältemittel aus, wodurch die Kapselmembran die Stange nach unten drückt und die Öffnung des Kugelventils erweitert. Umgekehrt führt eine niedrigere Temperatur dazu, dass die Membran ansteigt und die Öffnung kleiner wird. Diese beiden Situationen sind in den folgenden Bildern dargestellt.
Elektronisch gesteuertes thermostatisches Expansionsventil:
Das elektronisch gesteuerte Expansionsventil (abgekürzt EEV) kann über das Steuergerät der Klimaanlage gesteuert werden. Hierzu kann ein Schrittmotor verwendet werden. Dieser Schrittmotor ermöglicht es der Nadel, die Öffnung in kleinen Schritten zu vergrößern oder zu verkleinern. Abhängig von der gewünschten Temperatur im Innenraum kann die ECU mithilfe des elektrisch gesteuerten Klimakompressors und des Expansionsventils die Leistung sehr schnell regulieren.
Mögliche Störungen:
In der Werkstatt stoßen wir auf Probleme mit dem Expansionsventil. Probleme entstehen meist durch Verunreinigungen, die dazu führen, dass das Expansionsventil verstopft oder offen bleibt.
- Das Ventil ist verstopft:
Verstopfungen werden durch Verunreinigungen im Kältemittel verursacht. Durch die Verstopfung gelangt zu wenig Kältemittel in den Verdampfer, was zu einem Druckanstieg mit der Gefahr einer Überhitzung des Kompressors führt. - Das Ventil bleibt geöffnet:
Wenn Sie das Ventil offen lassen, gelangt zu viel Kältemittel in den Kompressor. Wenn sich nicht das gesamte Kältemittel im Verdampfer in Gas verwandelt hat, besteht die Möglichkeit, dass eine (übermäßige) Menge flüssigen Kältemittels in den Kompressor gelangt, was zu einem Flüssigkeitsschock im Kompressor führt.
Eine Kontamination lässt sich leicht verhindern: Tauschen Sie den Filter/Trockner regelmäßig aus.
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