Funktion und Prüfung der Sensoren einer Klimaanlage
Ein unzureichender Wirkungsgrad oder gar der Totalausfall der Klimaanlage ist meist auf eine Leckage, eine zu geringe Kältemittelmenge oder einen defekten Klimakompressor zurückzuführen. Daneben kommt allerdings auch die Systemelektrik/-elektronik dafür in Frage. Krafthand hat mögliche Fehlerquellen und Prüfmöglichkeiten der wichtigen Sensoren einer Klimaautomatik zusammengefasst.
Das Auslesen der Steuergeräteparameter und Vergleichen mit manuell per Klimaservicestation und Thermometer ermittelten Werten gibt Aufschluss darüber, ob der Drucksensor und die jeweiligen Temperatursensoren einwandfreie Werte liefern. Bild: Schmidt
Dieser Beitrag ist Teil des Spezials: Fahrzeugklimaanlagen.
Seit geraumer Zeit gibt es auch in Fahrzeugen der unteren Mittelklasse zunehmend Klimaanlagen mit automatischer Innenraum-Temperaturregelung. Deshalb und infolge der Verjüngung des Fahrzeugbestands durch die Abwrackprämie ist der Anteil an Pkw mit Klimaautomatik an Bord gestiegen.
Diese Entwicklung lässt erwarten, dass sich Werkstätten aufgrund nicht einwandfrei arbeitender Klimaanlagen in Zukunft häufiger mit der Fehlersuche an der Systemelektrik/-elektronik auseinandersetzen müssen als bisher. Schließlich haben auf die Funktion einer Klimaautomatik wesentlich mehr Komponenten Einfluss als bei manuell regelbaren Anlagen.
Zunächst muss sich der Fachmann vor Augen halten, dass ein korrekt gefüllter Kältemittelkreislauf Grundvoraussetzung für das Funktionieren der Anlage ist. Deshalb sollte bei mangelnder oder fehlender Kühlleistung die Fehlersuche stets mit diesem Punkt beginnen. Befindet sich genügend Kältemittel im System, richtet sich das Augenmerk auf die für die Regelung der Klimaanlage notwendigen Komponenten.
Denn bevor der Fachmann beispielsweise aufwendig ein Expansionsventil oder einen vermeintlich nicht mehr genügend Druck erzeugenden Klimakompressor wechselt, sollte er im Vorfeld klären, ob nicht ‚nur’ ein defekter Sensor oder ein fehlendes Signal für den (Teil) Ausfall der Anlage beziehungsweise den nicht aktivierten Klimakompressor verantwortlich ist.
Schaut man sich nämlich die Arbeitsweise einer Klimaautomatik genauer an, wird klar, dass ein deaktivierter Kompressor oder auch ein nicht angesteuertes elektrisches Kompressorregelventil grundlegend von bestimmten Signalen abhängt.
Regelstrategie einer Klimaanlage
Um die vom Fahrer über das Bedienteil eingestellte Kühlleistung zu erbringen, wertet das Steuergerät der Klimaanlage die Signale des Innenraum- und Außentemperaturfühlers sowie des Gebers für Kältemitteltemperatur (wenn vorhanden) respektive Kältemitteldruck aus. Auf Basis dieser Informationen wird das notwendige Kältemittelfördervolumen bestimmt und je nach Kompressortyp das Regelventil oder die Magnetkupplung entsprechend angesteuert.
Die Signale Kältemitteldruck und/oder Kältemitteltemperatur dienen überdies dem Schutz der Anlage. Steigen nämlich die Temperaturen und trotz bereits aktiviertem Kondensatorlüfter Drücke über ein bestimmtes Maß, wird die Klimaanlage beziehungsweise der Kompressor abgeschaltet oder mit reduzierter Leistung betrieben.
Ursache für zu hohe Drücke/Temperaturen kann beispielsweise ein Ausfall des Kondensatorlüfters sein. Durch diese Überwachungsfunktion können aber auch fehlerhafte Werte aufgrund eines defekten Sensors zum Abschalten der Anlage führen, obwohl der Kältemittelkreislauf und der Kondensatorlüfter einwandfrei arbeiten.
Temperaturfühler am Klima-Verdampfer
Der Temperaturfühler (-schalter) am Verdampfer dient auch dem Schutz der Anlage. Erfasst dieser am Verdampfer (Kühllamellen) oder im Gehäuse des Klimageräts angebrachte Sensor eine niedrige Temperatur (etwa unter -1 °C), wird der Kompressor ebenfalls deaktiviert.
Der Grund: Würde die am Verdampfer abgesetzte Feuchtigkeit aufgrund von Minusgraden vereisen, ist kein ausreichender Wärmeaustausch zwischen der vorbeistreifenden warmen Luft und dem Kältemittel im Verdampfer gewährleistet. Dann besteht die Gefahr, dass das Kältemittel aufgrund zu geringer Wärmeaufnahme nicht mehr vollständig verdampft.
Die Folge wäre, dass der Kompressor flüssiges Kältemittel ansaugt und es darin zum Flüssigkeitsschlag kommt.
Korrekturgrößen
Sensoren, welche die Luftansaug- und Ausströmtemperaturen ermitteln, dienen in erster Linie der Luftklappensteuerung. Außerdem können sie als Korrekturgröße zu einer feinfühligeren und effizienteren Regelung des Kältemittelfördervolumens sowie der Innenraumtemperatur und damit zu mehr Komfort beitragen.
Ein in die Klimasteuerung integrierter Luftgüte- und Sonnensensor verfolgt das gleiche Ziel und hat ebenfalls Einfluss auf die Steuerung der (Um-) Luftklappen.
Weitere und nicht zu unterschätzende Daten erhält das Klimaanlagensteuergerät via CAN-Bus oder direkt vom Motorsteuergerät. So fließt in der Regel (je nach Fahrzeug – z.B. Golf IV) die Information Motor- beziehungsweise Kühlmitteltemperatur in die Regelung des Kondensatorlüfters ein.
Fehlt dieses Signal oder liegt ein unplausibler Wert vor, ist je nach Systemauslegung keine einwandfreie Regelung des Kondensatorlüfters möglich. In der Folge schaltet das Steuergerät die Klimaanlage automatisch ab oder in den Notlauf mit reduzierter Leistung. Und zwar deshalb, weil das Abkühlen und Verflüssigen des Kältemittels im Kondensator nicht mit Sicherheit gegeben ist.
Somit kann theoretisch ein fehlerhafter Kühlmittelsensor die Funktion der Klimaanlage beeinflussen.
Die Tatsache, dass Klimaanlagen je nach Hersteller unterhalb 3 bis 5 °C Außentemperatur – ermittelt vom entsprechenden Sensor – nicht arbeiten, ist ebenfalls dem Schutz des Systems geschuldet. Beispielsweise besteht dann erhöhte Vereisungsgefahr am Verdampfer
Fällt der Außentemperatursensor aus oder liefert unplausible Werte, ist (je nach Fahrzeug) kein Betrieb der Anlage möglich. Es sei denn, der Fahrzeughersteller hat für diesen Fall einen Referenz- (Notlauf-) wert (z. B. 10 °C) im Steuergerät hinterlegt oder die Elektronik zieht das Signal des Luftansaugsensors als Ersatzwert heran. In der Regel kompensiert eine dieser Möglichkeiten einen defekten Außentemperatursensor, sodass die Anlage weiter arbeitet.
Ob dies ohne Einschränkung oder im Notlauf mit reduzierter Kühlleistung erfolgt, hängt vom Fahrzeughersteller ab.
Diagnose am Kältemitteldrucksensor
Das Prüfen eines Kältemitteldrucksensors sowie der an das Steuergerät übermittelten Druckwerte auf Plausibilität gestaltet sich in vielen Fällen relativ simpel. Dazu muss der Fachmann einfach die von den Sensoren gemessenen Istwerte, welche sich meist per Tester aus dem Steuergerät auslesen lassen, mit dem tatsächlich anliegenden Systemdruck vergleichen.
Er lässt sich an den Manometern der Klimaservicestation ablesen. Weichen die Steuergeräteparameter von den ‚manuell’ ermittelten Druckwerten ab, deutet dies auf einen defekten Sensor hin.
Drucksensor ohne Testgerät prüfen
Etwas schwieriger gestaltet sich das Prüfen des Drucksensors ohne geeignetes Testgerät zum Auslesen des Steuergeräts oder wenn die hier angegebenen Daten nur als Spannungswert beziehungsweise PWM-Signal vorliegen.
Dazu muss man wissen: Analoge Sensoren verfügen über eine Plus-, Masse- sowie Signalleitung und verändern mit dem Druck ihre an das Steuergerät übermittelte Signalspannung. Beispielsweise beträgt diese bei vielen Fahrzeugen 0,4 bis 0,7 V, wenn ein Systemdruck von 2 bar anliegt. Bei 10 bar steigt die Spannung auf 1,4 bis 1,8 V und bei 18 bar auf 2,4 bis 3,2 V.
Erhält das Steuergerät kein Sensorsignal beziehungsweise lässt sich mit dem Multimeter am Druckgeber keine Signalspannung messen, liegt an diesem entweder ein Defekt vor oder dessen Spannungs- beziehungsweise Masseversorgung ist nicht gegeben.
Digitale Drucksensoren sind zwar ebenfalls dreipolig, jedoch teilen sie dem Steuergerät den jeweils anliegenden Systemdruck per PWM-Signal mit. Ein niedriges Tastverhältnis von 15 bis 20 Prozent entspricht einem Druck von etwa 2 bar. Steigt dieser auf 10 bar liefert der Sensor ein Tastverhältnis von 30 bis 40 Prozent. Bei 80 Prozent ist der Systemdruck extrem hoch und liegt auf einem Niveau von 25 bis 30 bar.
Ein solcher Wert wird jedoch bei intakter Anlage und im Stand normalerweise nicht erreicht.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass es sich bei allen genannten Werten um allgemeine Richtwerte handelt, die von Hersteller zu Hersteller abweichen können. Wichtig für die Fehlersuche ist außerdem, dass einige Autobauer (zum Beispiel Opel) bei bestimmten Modellen den Kältemitteldrucksensor nicht mit dem Klimasteuergerät, sondern mit dem Motorsteuergerät koppeln.
Diagnose an Temperatursensoren/Temperaturgeber der Klimaanlage
Zum Prüfen der Temperaturgeber empfiehlt sich zunächst dieselbe Vorgehensweise wie beim Drucksensor. Durch den Vergleich der aus dem Steuergerät auszulesenden °C-Angaben mit den manuell per Thermometer ermittelten Temperaturen kann sich der Fachmann schnell einen Überblick über die Plausibilität der vom Temperatursensor ermittelten Werte verschaffen.
Selbstverständlich müssen für ein aussagekräftiges Ergebnis die manuellen Temperaturmessungen unbedingt am Einbauort des jeweiligen Sensors erfolgen.
Da im Prinzip alle für die Klimaautomatik relevanten Temperaturgeber als NTC-Sensoren ausgeführt sind, können sie auch über ihren Widerstandswert oder das Spannungssignal geprüft werden. Um das in der Praxis umsetzen zu können, benötigt der Kfz-Profi jedoch Angaben darüber, bei welcher Temperatur welcher Ohm- respektive Spannungswert anliegen muss.
Denn Außen-, Innenraum-, Ansaugluft- Verdampfer- und Kältemitteltemperatursensoren arbeiten mit verschiedenen Kennlinien. Angaben dazu finden sich beispielsweise in Unterlagen zu Klimaanlagen von Autodata beziehungsweise den jeweiligen Reparaturleitfäden.
Zum Kältemitteltemperatursensor soll der Hinweis nicht fehlen, dass dieser mit dem Kältemitteldrucksensor in einem Gehäuse verbaut sein kann. Die Einheit verfügt dann über vier Pins. Jeweils einen für die Spannungs- und Masseversorgung und jeweils einen für das Temperatur- und Drucksignal.
Wobei eine solche vierpolige Sensoreinheit nicht zu verwechseln ist mit dem ebenfalls über vier Anschlüsse verfügenden Trinarydruckschalter, wie er meist in Fahrzeugen mit Klimaanlagen ohne automatische Temperaturregelung zur Anwendung kommt.
Klimaanlagen-Steuereinheit prüfen
Neben den maßgeblichen Steuergrößen ist natürlich die Bedieneinheit und das Steuergerät essentiell für die Funktion einer Klimaautomatik. An diesen beiden meist als Einheit zusammengefassten Komponenten können Pixelfehler, ausgefallene Temperaturregler oder defekte Schaltkreise die Bedienung der Anlage beeinträchtigen oder zu deren Totalausfall führen.
In solchen Fällen bleibt der Werkstatt nur der Austausch der Bedien-/Steuereinheit oder das Einschicken an auf die Reparatur solcher Komponenten spezialisierten Unternehmen, wie etwa den Glaubitz Autodienst. Obschon dabei zu klären ist, welche Steuereinheiten reparabel sind und welche nicht.
Befindet sich darin der Innenraumtemperatursensor und hat sich hier extrem viel Staub angesetzt, kann das unter Umständen zu Problemen bei der automatischen Temperaturregelung führen. Denn wenn der Innenraumtemperatursensor durch die isolierende Wirkung des Staubs eine Temperatur erfasst, die über der tatsächlichen liegt, wird der Innenraum demzufolge mehr gekühlt als gewünscht.
Dass eine Steuereinheit über einen Temperatursensor verfügt, ist meist an einem oder zwei Lüftungsschächten/-gittern an der Bedieneinheit erkennbar. Hat sich hier übermäßig Staub angesetzt kann dieser und damit auch der Temperatursensor durch vorsichtiges Freiblasen davon gereinigt werden.
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