Die Klimaanlagenleitungen verbinden die vier Hauptkomponenten des Systems – den Kompressor, den Kondensator, den Verdampfer und das Expansionsventil – zu einem geschlossenen System, in dem das Kältemittel gespeichert wird oder zirkuliert. Wenn die Klimaanlage in Betrieb ist, zirkuliert das Kältemittel kontinuierlich und tauscht Wärme mit der Außenumgebung aus, um die Kühlfunktion zu erreichen. Um sicherzustellen, dass das Kältemittel die Wärme reibungslos und effizient überträgt, muss die Leitungsführung gut ausgelegt sein, sodass sowohl Montage als auch Demontage erleichtert werden und die Herstellung einfach sowie kostengünstig ist.

Aluminiumrohre, Gummischläuche und Rohrverbindungen

Diese drei Komponenten werden miteinander verbunden, um die verschiedenen Teile des Klimaanlagensystems zu verbinden. Aluminiumrohre und Gummischläuche werden durch ein Crimpverfahren verbunden; jedoch können die Crimpabmessungen zwischen verschiedenen Rohrmodellen und denen unterschiedlicher Hersteller leicht variieren. Motorschwingungen können die Rohrleitungen beschädigen; die Verwendung flexibler Schläuche für die Rohrleitungen, die die Saug- und Druckanschlüsse des Kompressors verbinden, hilft dabei, diese Schwingungen aufzunehmen, die Dichtheit des Systems zu verbessern und die Lebensdauer der Rohrleitungen zu verlängern. Darüber hinaus können einige Rohrleitungsabschnitte, wie die Kondensator–Verdampfer-Leitung, vollständig aus Aluminiumrohren bestehen. Dies ist hauptsächlich auf die minimale relative Bewegung zwischen Kondensator und Verdampfer zurückzuführen.

Wenn die Konstruktion nur einen geringen Abstand zwischen den Rohrleitungen und den umgebenden Komponenten lässt oder diese bereits in engem Kontakt stehen, kann die Verwendung verschleißbeständiger Hülsen wie Schrumpfschläuche, Wellrohre oder Schaumstoff in Betracht gezogen werden. Wenn zwischen den Klimaanlagenleitungen und dem Motorabgaskrümmer nur wenig Abstand vorhanden ist, müssen Wärmedämmmaßnahmen ergriffen werden, beispielsweise durch Umwickeln des Schlauchs mit einer Aluminiumfolien-Wärmedämmschutzhülle.

Rohrverbindungen und O-Ringe

Rohrverbindungen werden verwendet, um Klimaanlagenleitungen und die verschiedenen Komponenten des Systems zu verbinden. Zu den derzeit häufig verwendeten gehören: Klemmverbindungen, Gewindeverbindungen und Schnellkupplungen.

Die Funktion eines O-Rings besteht darin, die Rohrverbindung abzudichten. Das derzeit für O-Ringe verwendete Material ist HNBR.

Rohrschelle

Der Zweck von Rohrschellen besteht darin, die Klimaanlagenleitungen an der Fahrzeugkarosserie zu befestigen und relative Bewegungen zwischen beiden zu verhindern. Dadurch werden Berührungen zwischen den vibrierenden Rohrleitungen und den umgebenden Komponenten vermieden sowie Kältemittellecks an den Verbindungsstellen verhindert.

Neben Rohrschellen aus Metall können auch Kunststoff-Rohrschellen zur Befestigung von Klimaanlagenleitungen verwendet werden. Derzeit gibt es nur eine begrenzte Auswahl an Kunststoff-Rohrschellen, die im Klimaanlagensystem der S-Plattform verwendet werden; die Entwicklung von Kunststoff-Rohrschellen kann jedoch in Zukunft unter Berücksichtigung von Faktoren wie neuen Projekten und Kostensenkungen in Betracht gezogen werden.

Bei der Verwendung von Rohrschellen müssen auch Gummieinlagen an der Innenseite der Schellen angebracht werden, um Schwingungen zu dämpfen und Geräusche zu verhindern, die durch direkten Kontakt zwischen dem Aluminiumrohr und der Schelle entstehen.

Niederdruck-Füllanschluss

Ihre Funktion besteht darin, Kältemittel zu befüllen und zurückzugewinnen sowie den Systemdruck zu prüfen. Der Hochdruck-Füllanschluss ist normalerweise an der Kondensator–Verdampfer-Leitung angebracht, obwohl einige an der Kompressor–Kondensator-Leitung montiert sind. Der Niederdruck-Füllanschluss befindet sich an der Verdampfer–Kompressor-Leitung. Das Aussehen der Füllanschlüsse ist in der Abbildung dargestellt. Außerdem müssen die Füllanschlüsse mit Staubkappen versehen sein. Diese sind im Allgemeinen grün (obwohl inzwischen eine Änderung zu Blau vorgeschrieben ist) und bestehen aus PP.

Druckschalter/Sensoren

Ein Druckschalter/Sensor ist eine Druckerfassungskomponente, die den Innendruck eines Systems in Echtzeit überwacht und die Klimaanlage schützt, indem sie den Kompressor bei abnormalem Druck abschaltet und dadurch das System schützt. Er wird außerdem zur Steuerung der Geschwindigkeit des Kühllüfters verwendet. Der Druckschalter/Sensor ist in der Abbildung dargestellt.

Schalldämpfer

Wenn Konstruktionsfehler in einem Klimaanlagensystem Geräusche in den Rohrleitungen verursachen, können Schalldämpfer an der ermittelten Geräuschquelle angebracht werden, um diese zu beseitigen. Schalldämpfer werden typischerweise an den Niederdruckleitungen installiert, normalerweise in der Nähe des Sauganschlusses des Kompressors. Der genaue Einbauort muss durch Tests bestimmt werden. Es ist vorzuziehen, Geräusche von vornherein durch Optimierung des Systems zu vermeiden.

Gas-Flüssigkeits-Abscheider

Wenn ein Klimaanlagensystem falsch dimensioniert ist und sich dadurch flüssiges Kältemittel in der Niederdruckleitung befindet, kann dies zu Flüssigkeitsschlägen im Kompressor führen; die Verwendung eines Gas-Flüssigkeits-Abscheiders kann den Kompressor vor Schäden schützen. Er wird in der Verdampfer–Kompressor-Leitung eingebaut. Diese Komponente ist in modernen Fahrzeugen nur noch selten zu finden, da das Problem durch eine korrekte Systemauslegung vermieden werden kann.

Bei geschweißten Klemmrohrleitungen wird die Schelle nach dem Biegen des Rohrs an das Rohr geschweißt. Der Kopf der Schelle wird bearbeitet, wodurch eine relativ präzise Maßkontrolle gewährleistet wird. Im Gegensatz dazu wird bei aufgepressten Klemmrohrleitungen die Schelle (die keine Kopfstruktur besitzt) zunächst auf das Rohr geschoben, und anschließend wird das Rohr aufgepresst, um es fest mit der Schelle zu verbinden. Das auf diese Schelle ausgeübte Drehmoment muss den vorgegebenen Anforderungen entsprechen. (Derzeit beträgt die Drehmomentanforderung für Schellen an Rohren mit ￠12 und ￠16 11 N·m, während sie für Rohre mit ￠10 6 N·m beträgt.) Anschließend werden die Rohrenden mit einer Rohrendenformmaschine, einer Nutmaschine oder ähnlichen Geräten geformt. Der letzte Schritt ist der Rohrbiegevorgang.

Da Rohrleitungen bei der Fertigung den Einschränkungen von Formen und Maschinen unterliegen, sollten bei der Erstellung von Rohrleitungsdaten die folgenden Punkte berücksichtigt werden.

① Die Biegeradien für Aluminiumrohre betragen R15/20 (￠10), R20 (￠12) und R25 (￠16). Diese entsprechen im Allgemeinen dem 1,5-fachen des Außendurchmessers des Rohrs.

② Die Länge des kürzesten geraden Abschnitts der Rohrmittellinie muss größer als 20 mm sein. Diese Länge wird hauptsächlich durch zwei Faktoren begrenzt:

1) Dickenbeschränkungen für Rohrbiegeformen.

2) Wenn das Rohr zu kurz ist, kann es beim Biegen mit der Rohrbiegemaschine in Kontakt kommen, wodurch Schäden oder Verformungen entstehen können.

③ Der Mindestabstand L zwischen dem Schnittpunkt und dem gecrimpten Rohr entlang der Mittellinie des Aluminiumrohrs muss größer als 16 mm sein; in Richtung des gecrimpten Rohrs dürfen sich keine anderen Komponenten befinden, die den Crimpvorgang beeinträchtigen könnten.

④ Die Länge des kürzesten geraden Abschnitts am Ende des aufgeweiteten Rohrendes beträgt 20 mm. Dieser Wert variiert je nach Rohrdurchmesser geringfügig. Die oben genannten Werte sollten außerdem unter Bezugnahme auf die Rohrleitungsführung bestimmt werden.

Das Diagramm, das die Beziehung zwischen den Rohrbiegeparametern zeigt, ist wie folgt:

Druckschalter werden als Drei-Positionen- oder Zwei-Positionen-Schalter klassifiziert; das Funktionsprinzip eines Drei-Positionen-Druckschalters wird nachfolgend analysiert.

1) Wenn der Kältemitteldruck ≤ 0,12 ± 0,02 MPa beträgt, öffnen sich die Hoch- und Niederdruckkontakte (AUS), da die elastische Kraft der Membran, der Tellerfeder und der oberen Feder den Kältemitteldruck übersteigt. Dadurch stoppt der Kompressor und es wird ein Niederdruckschutz bereitgestellt.

2) Wenn der Kältemitteldruck 0,24 MPa oder mehr erreicht – ein Druck, der höher ist als die Federkraft des Schalters –, verformt sich die Feder, wodurch sich die Hoch- und Niederdruckkontakte schließen (EIN) und der Kompressor normal arbeitet.

3) Wenn der Kältemitteldruck 3,2 MPa oder mehr erreicht, übersteigt er die elastische Kraft der Membran und der Tellerfeder; die Tellerfeder ändert ihre Richtung, um die Hoch- und Niederdruckkontakte zu trennen. Dadurch stoppt der Kompressor und es wird ein Hochdruckschutz bereitgestellt.

4) Mitteldruckschalter. Wenn der Kältemitteldruck 1,6 MPa überschreitet, überwindet der Druck die Federkraft der Membran, wodurch sich die Membran umkehrt und die Welle nach oben gedrückt wird, wodurch der Drehzahlumschaltkontakt für den Kondensatorlüfter (oder Kühlerlüfter) geschlossen wird. Der Lüfter läuft dann mit hoher Drehzahl und bietet einen Mitteldruckschutz. Wenn der Druck auf 1,25 MPa absinkt, kehrt die Membran in ihre ursprüngliche Position zurück, die Welle bewegt sich nach unten, die Kontakte öffnen sich und der Kondensatorlüfter läuft mit niedriger Drehzahl.

Aufbau der Klimaanlagen-Leitungsführung

Klimaanlagenleitungen dienen dazu, Kältemittel innerhalb einer Klimaanlage zu transportieren; daher sollte eine gut ausgelegte Leitungsführung der Klimaanlage die folgenden Punkte berücksichtigen:

① Die Leitungen sind äußerst zuverlässig und stellen sicher, dass keine Kältemittellecks auftreten.

② Beeinträchtigt nicht die Kühlleistung der Klimaanlage – hält den Anstieg der Kältemitteltemperatur, den Druckabfall und die Kompressorölrückführrate innerhalb geeigneter Grenzen.

③ Erfüllt die NVH-Anforderungen, ohne zusätzliche Vibrationen oder Geräusche zu verursachen.

④ Erfüllt die Anforderungen für die Endmontage und die Wartung im Kundendienst.

⑤ Kostenoptimierung.

⑥ Das Gesamterscheinungsbild sollte so ästhetisch ansprechend wie möglich sein.

Im Folgenden werden wir jedes dieser Merkmale aus der Perspektive der Leitungsführung ausführlich erläutern.

Zuverlässigkeit der Leitungen

Basierend auf den bei früheren Modellen beobachteten Ausfallarten der Leitungen wurden mehrere Hauptursachen für Leitungsschäden identifiziert:

① Aluminiumrohre oder Gummischläuche werden durch umliegende Komponenten abgerieben

② Aluminium- oder Gummischläuche brechen infolge von Motorschwingungen

③ Schäden durch übermäßige Hitze an der Schlauchverbindung

1) Um zu verhindern, dass die Leitungen durch umliegende Komponenten abgerieben werden, sollte bei der Verlegung der Leitungen ein angemessener Abstand eingehalten werden. Da ein Kraftfahrzeug während des Betriebs eine bewegliche Maschine ist, muss dieser Abstand sowohl statische als auch dynamische Freiräume berücksichtigen. Der statische Abstand bezeichnet den Spalt zwischen zwei Objekten mit minimaler Vibration (da praktisch alle Komponenten während der Fahrt vibrieren), beispielsweise zwischen den Scheinwerfern und den Kondensator-Verdampfer-Leitungen oder zwischen der Karosserie und den Kondensator-Verdampfer-Leitungen; es wird empfohlen, diesen Abstand bei 15 mm oder mehr zu halten. Wenn der Abstand zu klein oder null ist und die Verlegung nicht vermieden werden kann, sollten die nahe beieinanderliegenden Rohre mit Schaumstoff, Schrumpfschlauch oder Wellrohr umwickelt werden.

Da der Motor während des Betriebs vibriert, müssen für die beiden mit dem Kompressor verbundenen Leitungen dynamische Abstände berücksichtigt werden. Beispielsweise der Abstand zwischen den Einlass- und Auslassschläuchen des Kompressors sowie dem Lüfter und dem Antriebsriemen. Ist der Abstand zu klein, können die Vorwärtsvibrationen des Motors dazu führen, dass die Klimaanlagenschläuche mit anderen Komponenten in Kontakt kommen; daher sind die Anforderungen an den dynamischen Abstand strenger als die an den statischen Abstand und werden im Allgemeinen mit 20 mm oder mehr angegeben. Da der Motor relativ zum Fahrzeug hauptsächlich in Längsrichtung vibriert, sollten die mit dem Kompressor verbundenen Schläuche idealerweise senkrecht zur XZ-Ebene verlegt werden.

Bei der Verlegung der Leitungen sollte ein möglichst großer Abstand zu den Hochtemperaturkomponenten (Abgasrohren) im vorderen Bereich eingehalten werden; der Abstand sollte mindestens 100 mm betragen. Wenn diese Anforderung tatsächlich nicht erfüllt werden kann, muss der Mindestabstand größer als 40 mm sein und die Oberfläche mit wärmeisolierender Aluminiumfolie umwickelt werden.

Vibrationen und Geräusche der Leitungen

Vibrationen in Klimaanlagenleitungen werden hauptsächlich durch die folgenden Faktoren verursacht:

Befestigungsmethoden für Leitungen und zugehörige Komponenten;

Auswahl der Schlauchtypen für Leitungen;

Durch die Leitungsführung erzeugte Geräusche.

Diese drei Merkmale werden im Folgenden nacheinander erläutert:

Leitungshalterungen müssen mit Gummidichtungen ausgestattet sein, um starre Verbindungen zu verhindern. Wenn Kunststoff-Rohrschellen verwendet werden, wird ebenfalls empfohlen, Dichtungen einzusetzen.

Für Niederdruckleitungen können reine Gummischläuche ausgewählt werden; da sie relativ flexibel sind, können sie Vibrationen wirksam aufnehmen und Geräusche in den Leitungen reduzieren.

Um die durch Klimaanlagenleitungen erzeugten Geräusche zu minimieren, sollten die Leitungen so kurz und gerade wie möglich verlegt werden; dies reduziert außerdem die benötigte Kältemittelmenge.

Zusätzlich kann ein Schalldämpfer in die Leitung eingebaut werden; dieser puffert und absorbiert die im System erzeugten Druckimpulse. Die Positionierung des Schalldämpfers ist entscheidend und erfordert mehrere Versuche, um den richtigen Einbauort zu bestimmen. Der Schalldämpfer sollte so nah wie möglich am Kompressorende installiert werden, und auf beiden Seiten des Schalldämpfers sollten mindestens 25 mm gerade Leitungsstrecke vorhanden sein.